[发明专利]一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法

权利要求书

1.一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、计算IGBT功率模块的热损耗；

步骤2、根据IGBT功率模块的实际热量传导路径，搭建等效热阻模型，根据传热学和力学理论计算出等效热阻模型热阻值，根据该热阻值和步骤1得到的IGBT功率模块热损耗计算出等效热阻模型的IGBT理论结温ΔT；

步骤3、根据需求参数搭建包括采用多热阻传导模型建立的IGBT功率模块、散热器模块和风机的功率单元系统，并对功率单元系统的边界条件进行设定；

步骤4、在额定工况下，IGBT功率模块的功率值P_V不变，改变多热阻传导模型的导热系数得到不同的IGBT估计结温，将多热阻传导模型的IGBT估计结温与步骤2中得到的等效热阻模型的IGBT理论结温ΔT进行对比，通过逼近模型导热系数法，得到准确的多热阻传导模型的IGBT估计结温。

2.根据权利要求1所述的一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：所述步骤1计算IGBT功率模块的热损耗，包括以下四个部分：IGBT单元通态损耗P_sat、FWD续流二极管单元通态损耗P_F、IGBT单元的开关损耗P_sw和FWD续流二极管单元的反向恢复损耗P_rr。

3.根据权利要求1所述的一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：所述步骤2的具体计算方法为：

ΔT＝T_J-T_Amb＝P_V·(R_JC+R_CH+R_HA)

ΔT＝T_J-T_Amb＝(P_I+P_D)·(R_IJC+R_DJC+R_ICH+R_DCH+R_HA)

其中，R为等效热阻模型热阻值，T₂-T₁为物体两端的温度差，P为发热源的功耗值，T_J为IGBT模块的理论结温，T_Case为IGBT功率模块基板外壳温度，P_V为IGBT晶体管的功耗值，通过IGBT厂家给出的仿真软件求得热阻值，R_JC为IGBT模块到外壳的热阻值，T_Heatsink为散热器上表面的温度，R_CH为IGBT模块外壳到散热器上表面的热阻值，T_Amb为环境温度，R_HA为散热器热阻值，P_I为IGBT单元功耗值，P_D为FWD单元功耗值，R_IJC为IGBT单元到模块外壳的热阻值，R_DJC为FWD单元结晶到模块外壳的热阻值，R_ICH为IGBT单元外壳到散热器上表面的热阻值，R_DCH为FWD单元外壳到散热器上表面的热阻值，R_HA为散热器热阻值，L为热流始点与终点间距离，λ为散热器金属热导率，S为热流流通截面积。

4.根据权利要求1所述的一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：所述步骤3中IGBT功率模块采用cuboid建立智能元件，采用多热阻传导模型的方法建立。

5.根据权利要求4所述的一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：所述步骤3中多热阻传导模型包括3个节点和3个热阻，其中3个节点分别为IGBT晶元温度节点T_IGBT和FWD晶元温度节点T_FWD以及IGBT功率模块基板外壳温度节点T_Case，3个热阻分别为IGBT热阻、FWD热阻和传导热阻。

6.根据权利要求1所述的一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：将多热阻传导模型的IGBT估计结温与步骤2等效热阻模型的IGBT理论结温ΔT进行对比，改变多热阻传导模型的导热系数，通过逐步逼近计算使得多热阻传导模型的IGBT估计结温逐步逼近于等效热阻模型的IGBT理论结温ΔT，最终确定多热阻传导模型的导热系数，得到准确的多热阻传导模型的IGBT估计结温。