[发明专利]一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法

说明书

本发明涉及一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，通过计算IGBT功率模块的热损耗，并根据IGBT功率模块的实际热量传导路径，搭建等效热阻模型，得到等效热阻模型的IGBT理论结温，同时构建包含多热阻传导模型的功率单元系统，使用逼近模型导热系数法将多热阻传导模型的IGBT估计结温向等效热阻模型的IGBT理论结温逐步逼近，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IGBT估计结温。本发明多热阻传导模型估计结温与实际结温误差最大不超过1％。本发明技术先进、经济可行并且易于实现，对于提高IGBT器件的利用率和可靠性都有较好的效果，是一个有创新、有较高实用价值的估算方法。

技术领域

本发明属于电力电子可靠性评估技术领域，尤其是一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法。

背景技术

IGBT因具备较宽的工作电压范围和大电流的处理能力等优势，在能源发电、电动汽车等领域应用广泛，但IGBT结温易受工况变化及其所处散热环境影响，只有IGBT的结温低于IGBT晶体管允许的最高温度值，功率管才能正常工作。为此在进行IGBT功率管器件选型时通常会充分考虑器件的安全性，选取大冗余的IGBT来留出较大的温度余量。但选择IGBT功率越大，器件成本越高，造成了器件资源浪费，由此，准确估测出IGBT结温并保证器件在允许温度范围内工作，不仅有利于系统的稳定运行，在资源的合理配置方面具有重大意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，能够精确计算IGBT功率模块的结温，对于提高IGBT器件的利用率和可靠性都有较好的效果。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于热阻抗模型的IGBT结温估计方法，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。

而且，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。

而且，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)