CN107525990A - 多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 - Google Patents
多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107525990A CN107525990A CN201710837690.XA CN201710837690A CN107525990A CN 107525990 A CN107525990 A CN 107525990A CN 201710837690 A CN201710837690 A CN 201710837690A CN 107525990 A CN107525990 A CN 107525990A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- module
- power converter
- level power
- loss
- sampling module
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 title claims abstract description 31
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title abstract description 16
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims abstract description 55
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims abstract description 22
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 26
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 claims description 10
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 9
- 108091000080 Phosphotransferase Proteins 0.000 claims description 7
- 102000020233 phosphotransferase Human genes 0.000 claims description 7
- 230000005611 electricity Effects 0.000 claims description 6
- 230000001960 triggered effect Effects 0.000 claims description 3
- 102000001253 Protein Kinase Human genes 0.000 claims 2
- 108060006633 protein kinase Proteins 0.000 claims 2
- 238000000205 computational method Methods 0.000 claims 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000388479 Physochlaina Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000013499 data model Methods 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
- G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
- G01R27/2688—Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
- G01R27/2694—Measuring dielectric loss, e.g. loss angle, loss factor or power factor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法，其技术特点是：该多电平功率变换器状态监测系统包括系统控制器、门极电压同步采样模块、集‑射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块、驱动信号触发与封锁模块；该功率器件损耗计算方法包括计算IGBT通态损耗、IGBT开通损耗、IGBT关断损耗、续流二极管通态损耗、续流二极管反向恢复损耗并通过IGBT内部热模型计算出各层的温升情况。本发明能够实时采集多电平功率变换器内功率器件的状态参数，及时发现功率器件的问题及进行处理，保证了多电平功率变换器的安全可靠地工作，并且提高了功率模块的损耗的计算精度，各项指标满足工程实际需求；对于提高系统可靠性具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于多电平功率变换器技术领域，尤其是一种多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法。
背景技术
随着电力电子能量变换领域(如功率变换器和电机传动等)中IGBT模块的广泛应用，IGBT模块的可靠性变得越来越重要。究其原因，主要有以下两点： (1)IGBT模块是电力电子系统实现换流的最重要部件，因而其工作的条件比较恶劣，且较容易发生故障；(2)在大功率电力电子变换器中，功率器件、系统和设备的体积将变得越来越小，这使得不断增加单位功率密度的系统的散热问题变得日益突出。因而，电力电子系统热性能的研究已经成为了亟待解决的问题。以往大部分的研究成果主要倾向于研究如何提高系统的功率密度，而研究功率器件或者电力电子系统的发热和散热问题较少。所以，不难得出以下结论，电力电子系统的工作性能的优劣既与其拓扑结构的形式和控制策略的选择等因素有关，又与其功率器件或系统的热性能有关。
在多电平功率变换器中IGBT和二极管作为开关工作，不断地转换各种静态和动态循环的状态。在这种情况下就会产生功耗或者能量成分的损失，它们构成了半导体元件的总损耗，并使功率半导体元件升温。IGBT的损耗包括通态损耗和开关损耗。工程大部分情况下通过通态电流和通态电压的乘积再乘以占空比来实现来估算IGBT的通态损耗值，然而由于采用了PWM脉冲控制，占空比是变化不定的，计算出的结果与实际损耗有较大偏差。开关损耗很多情况是通过查阅器件厂商的开关损耗曲线来获得，但是器件厂商提供的开关损耗曲线都是在特定温度、栅射极电压、集射极电压和特定开关频率下的值，很难满足实际情况，因此，利用器件厂商提供的开关损耗曲线来估算开关损耗值也有一定失准性。
发明内容
本发明的目地在于克服现有技术的不足，提出一种多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法，解决对多电平功率变换器进行实时在线监测问题以及多电平功率变换器内功率器件损耗的准确计算问题。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种多电平功率变换器状态监测系统，包括系统控制器、门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块、驱动信号触发与封锁模块；所述门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块的输入端与多电平功率变换器相连接分别采集门极电压、集-射极电压和底板温度，所述门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块的输出端与系统控制器相连接，所述系统控制器输出控制信号给驱动信号触发与封锁模块，所述驱动信号触发与封锁模块与多电平多电平功率变换器相连接。
所述系统控制器系统控制器内置有信号处理及故障转换模块以及与信号处理及故障转换模块相连接的第一模数转换模块、第二模数转换模块、第三模数转换模块、控制信号输出模块；所述第一模数转换模块、第二模数转换模块、第三模数转换模块分别与门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块相连接，所述控制信号输出模块与驱动信号触发与封锁模块相连接。
所述门极电压同步采样模块由门极电压同步采样电路及第一信号调理模块连接构成，所述门极电压同步采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第一信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
所述集-射极电压/电流同步采样模块由集-射极电压同步采用电路及第二信号调理模块连接构成，所述集-射极电压/电流同步采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第二信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
所述底板温度采样模块由底板温度采样模块、温度变换模块及第三信号调理模块依次连接构成，所述底板温度采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第三信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
所述驱动信号触发与封锁模块由驱动信号触发与封锁电路及第四信号调理电路连接构成，所述第四信号调理电路输入端与系统控制器相连接，所述驱动信号触发与封锁电路输出端与多电平功率变换器相连接。
所述系统控制器还与上位机相连接并将多电平功率变换器状态监测信息传输给上位机。
一种多电平功率变换器状态监测系统的功率器件损耗计算方法，包括以下步骤：
步骤1、采用如下公式计算IGBT通态损耗：
其中，vCE为集电极-发射极饱和压降，iC为集电极电流，VCE0为集电极电流 iC为零时的极间压降，VCEN、ICN为额定状态下的压降和集电极电流，rCE为通态电阻：ICM为集电极电流峰值，k为采样序号，Tc为载波周期，N为载波比，M 为载波比，δ为PWM占空比，θ为相角。
步骤2、采用如下公式计算IGBT开通损耗：
其中，fs为IGBT开关频率，trN为额定状态下的开通时间，VC为集电极发射极电源电压；
步骤3、采用如下公式计算IGBT关断损耗：
其中，tfN为总额定下降时间；
步骤4、采用如下公式计算续流二极管通态损耗：
其中，vF、iF为二极管通态电压与电流，VF0为集电极电流为零时的二极管通态压降，rF为续流二极管通态电阻，VFN为额定状态下的电压降；
步骤5、采用如下公式计算续流二极管反向恢复损耗：
其中，IrrN为额定状态下的额定超调峰值电流；
步骤6、通过IGBT内部热模型，计算出各层的温升情况：
Rth＝Rthjc+Rthch+Rthha
Tj＝Ta+ΔTjc+ΔTch+ΔTha
＝Ta+Ploss·(Rthjc+Rthch+Rthha)
＝Ta+Ploss·Rth
其中，Rth为总等效热阻，Rthjc为芯片-外壳热阻，Rthch为外壳-散热器热阻， Rthha为散热器-环境热阻，Tj为结温，△Tjc为芯片-外壳温差，Tc为壳温，△Tch为外壳-散热器温差，Th为散热器温度，△Tha为散热器-环境温差，Ta为环境温度， Ploss为总功率损耗。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明的在线监测系统通过门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块能够实时采集多电平功率变换器内功率器件的状态参数，及时发现功率器件的问题及进行处理，保证了多电平功率变换器的安全可靠地工作。
2、本发明的在线监测系统还可以将实时在线监测的结果传送给上位机实现远程监测功能，方便了远程监控人员的使用
3、本发明的功率器件损耗计算方法能够对IGBT模块和二极管的通态损耗、开关损耗进行了系统的计算推导，提高了功率模块的损耗的计算精度，各项指标满足工程实际需求；并且由于IGBT功率损耗的计算是进行系统热仿真、冷却设计的前提基础和必要条件，因此，通过较准确的对变频系统进行损耗计算，为系统的冷却设计和器件选型提供了理论依据。
4、本发明的功率器件损耗计算方法能够准确计算多电平功率变换器内功率器件的损耗和结温估算，并通过探究IGBT模块内部的温度变化规律，对于提高系统可靠性具有重要的意义。
附图说明
图1是本发明的多电平功率变换器状态在线监测系统连接图；
图2是现有多电平功率变换器拓扑图；
图3是本发明的功率器件损耗计算模型框图；
图4是IGBT模块内部层状结构剖面图；
图5是多热源耦合下温度估算与实验结果对比。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种多电平功率变换器状态监测系统，是针对图2所示的现有多电平功率变换器进行状态在线监测。如图1所示，多电平功率变换器状态监测系统包括系统控制器、门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块、驱动信号触发与封锁模块和上位机。所述系统控制器系统控制器内置有信号处理及故障转换模块以及与信号处理及故障转换模块相连接的第一模数转换模块、第二模数转换模块、第三模数转换模块、控制信号输出模块；所述门极电压同步采样模块由门极电压同步采样电路及第一信号调理模块连接构成，所述集-射极电压/电流同步采样模块由集-射极电压同步采用电路及第二信号调理模块连接构成，所述底板温度采样模块由底板温度采样模块、温度变换模块及第三信号调理模块连接构成，所述驱动信号触发与封锁模块由驱动信号触发与封锁电路及第四信号调理电路连接构成。所述门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块的输入端与多电平功率变换器相连接分别采集门极电压、集-射极电压和底板温度并经信号调理电路后传送给系统控制器，系统控制器分别通过第一模数转换器、第二模数转换器、第三模数转换器对采集的门极电压、集-射极电压和底板温度进行转换并由信号处理及故障转换模块进行判断，并通过控制信号输出模块输出控制信号给驱动信号触发与封锁模块，该驱动信号触发与封锁模块通过第四信号调理电路相连接，第四信号调理电路对输出控制信号进行调理后，由驱动信号触发与封锁电路向多电平多电平功率变换器发送。
在本监测系统中，多电平功率变换器中的功率器件参数通过门极电压同步采样电路、集-射极电压/电流同步采样电路、底板温度采集电路进行获取，然后经由三个信号调理模块进行信号的预处理，分别输入到系统控制器的三个模数转换模块，最终经过信号处理与故障诊断模块后，进行在线功率器件的损耗计算和结温估算，并利用控制信号输出模块和栅极驱动及保护电路对功率器件进行实时调节和控制，同时可以实时将功率器件的状态通过上位机进行在线监测。
一种多电平功率变换器的功率器件损耗计算方法，是在图1所示的多电平功率变换器状态在线监测系统上实现的，该在线监测系统中的系统控制器能够对多电平功率变换器的状态数据进行实时采集，从而准确计算多电平功率变换器内功率器件的损耗和结温估算，其计算原理如图3所示。由于功率器件的损耗特性受结温的影响，为了获得准确的功率器件损耗须将结温计算结果返回至损耗计算模块，经过多次迭代计算直至结温达到平衡。
图4给出了IGBT模块内部层状结构剖面图，可以看出IGBT模块中的热源为IGBT芯片以及续流二极管芯片，这些芯片在开关脉冲的驱动下完成开通或者关断动作。在此期间，功率器件会产生开关损耗，并释放大量的热，这些热量会使得IGBT模块的整体温度上升。IGBT模块中主要包括IGBT芯片、二极管芯片、铝线、DCB基片、铜底板和焊料等部分，这些部分的材料属性、热力学参数、材料的密度、物理结构的几何厚度等参数如表1所示。
表1某型号IGBT模块各层的名称、材料及其热参数值
可以看出，IGBT模块内部各层结构的几何厚度非常小。考虑热传导、热辐射和热对流三种传热方式的基本原理，可得出热传导是IGBT模块内部热量传递的主要方式。
综上所示，本发明的多电平功率变换器的功率器件损耗计算方法包括以下步骤：
步骤1、计算IGBT通态损耗：
利用积分公式求得IGBT通态损耗：
其中，vCE为集电极-发射极饱和压降，iC为集电极电流。
IGBT的输出特性近似一条直线，对输出特性进行线性化，则产生在IGBT 上的压降为：
vCE＝VCE0+rCEiC
VCE0——集电极电流iC为零时的极间压降。VCEN、ICN——额定状态下的压降和集电极电流。
线性化时直线斜率即为通态电阻rCE：
定义ICM为集电极电流峰值。进而可得：
vCE＝VCE0+rCEICMsinα
定义k为采样序号，Tc为载波周期，N为载波比，M为载波比，δ为PWM 占空比，θ为相角。
可得IGBT导通时间：
占空比为：
可求得IGBT通态损耗：
步骤2、计算IGBT开通损耗：
假定IGBT为理想开关元件，依然采用线性化的思想，上升需要的时间可看成与开关电流成正比，可得实际开通时间tr：
定义trN为额定状态下的开通时间，VC为集电极发射极电源电压。一次开通损耗：
在一个周期内的平均损耗为：
最后求得IGBT开通损耗：
其中，fs为IGBT开关频率。
步骤3、计算IGBT关断损耗：
IGBT关断时间可分为快速下降部分tf1与拖尾电流衰减部分tf2。其中，定义tfN1为额定关断状态下的快速下降时间，占总额定下降时间tfN的1/3。通过线性化，可得快速下降时间：
拖尾电流衰减部分tf2几乎不随电流变化，占总额定下降时间tfN的2/3。可得总关断时间tf：
一次关断损耗为：
在一个周期内的平均损耗为：
可求得IGBT关断损耗：
步骤4、计算续流二极管通态损耗：
利用积分公式求得续流二极管通态损耗：
定义，vF、iF为二极管通态电压与电流，VF0为集电极电流为零时的二极管通态压降，rF为续流二极管通态电阻，VFN为额定状态下的电压降。对续流二极管输出特性进行线性化，得到其压降为：
vF＝VF0+rFiF
＝VF0+rFICMsinα
线性化时直线斜率即为续流二极管通态电阻：
进而可得：
步骤5、计算续流二极管反向恢复损耗：
由IGBT反并联续流二级管反向恢复过程导致IGBT开通时会有一段超调量，即集电极电流iC将上升到峰值Irr，近似的将超调电流看作直线上升。定义额定状态下的额定超调峰值电流为IrrN。所以一次开关超调过程中总的损耗为：
续流二极管反向恢复功率损耗为：
步骤6、通过IGBT内部热模型，计算出各层的温升情况：
Rth＝Rthjc+Rthch+Rthha
Tj＝Ta+ΔTjc+ΔTch+ΔTha
＝Ta+Ploss·(Rthjc+Rthch+Rthha)
＝Ta+Ploss·Rth
其中，Rth为总等效热阻，芯片-外壳热阻为Rthjc，外壳-散热器热阻为Rthch，散热器-环境热阻为Rthha，结温为Tj，芯片-外壳温差为△Tjc，壳温为Tc，外壳-散热器温差为△Tch，散热器温度为Th，散热器-环境温差为△Tha，环境温度为Ta， Ploss为总功率损耗。
图5给出了多电平功率变换器中IGBT模块正常工作时，利用本发明获取的 IGBT模块内部结温度值与实验结果的对比图。通过对比图中的两条曲线可以看出，在IGBT模块部多热源耦合工作的条件下，采用本发明所提热网络数值模型估算结果与实验数据具有较高的吻合度。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：包括系统控制器、门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块、驱动信号触发与封锁模块；所述门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块的输入端与多电平功率变换器相连接分别采集门极电压、集-射极电压和底板温度，所述门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块的输出端与系统控制器相连接，所述系统控制器输出控制信号给驱动信号触发与封锁模块，所述驱动信号触发与封锁模块与多电平多电平功率变换器相连接。
2.根据权利要求1所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述系统控制器系统控制器内置有信号处理及故障转换模块以及与信号处理及故障转换模块相连接的第一模数转换模块、第二模数转换模块、第三模数转换模块、控制信号输出模块；所述第一模数转换模块、第二模数转换模块、第三模数转换模块分别与门极电压同步采样模块、集-射极电压/电流同步采样模块、底板温度采样模块相连接，所述控制信号输出模块与驱动信号触发与封锁模块相连接。
3.根据权利要求1所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述门极电压同步采样模块由门极电压同步采样电路及第一信号调理模块连接构成，所述门极电压同步采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第一信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
4.根据权利要求1所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述集-射极电压/电流同步采样模块由集-射极电压同步采用电路及第二信号调理模块连接构成，所述集-射极电压/电流同步采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第二信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
5.根据权利要求1所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述底板温度采样模块由底板温度采样模块、温度变换模块及第三信号调理模块依次连接构成，所述底板温度采样电路输入端与多电平功率变换器相连接相连接，所述第三信号调理模块输出端与系统控制器相连接。
6.根据权利要求1所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述驱动信号触发与封锁模块由驱动信号触发与封锁电路及第四信号调理电路连接构成，所述第四信号调理电路输入端与系统控制器相连接，所述驱动信号触发与封锁电路输出端与多电平功率变换器相连接。
7.根据权利要求1至6任一项所述的多电平功率变换器状态监测系统，其特征在于：所述系统控制器还与上位机相连接并将多电平功率变换器状态监测信息传输给上位机。
8.一种根据权利要求1至7任一项所述多电平功率变换器状态监测系统的功率器件损耗计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、采用如下公式计算IGBT通态损耗：
其中，vCE为集电极-发射极饱和压降，iC为集电极电流，VCE0为集电极电流iC为零时的极间压降，VCEN、ICN为额定状态下的压降和集电极电流，rCE为通态电阻：ICM为集电极电流峰值，k为采样序号，Tc为载波周期，N为载波比，M为载波比，δ为PWM占空比，θ为相角。
步骤2、采用如下公式计算IGBT开通损耗：
其中，fs为IGBT开关频率，trN为额定状态下的开通时间，VC为集电极发射极电源电压；
步骤3、采用如下公式计算IGBT关断损耗：
其中，tfN为总额定下降时间；
步骤4、采用如下公式计算续流二极管通态损耗：
其中，vF、iF为二极管通态电压与电流，VF0为集电极电流为零时的二极管通态压降，rF为续流二极管通态电阻，VFN为额定状态下的电压降；
步骤5、采用如下公式计算续流二极管反向恢复损耗：
其中，IrrN为额定状态下的额定超调峰值电流；
步骤6、通过IGBT内部热模型，计算出各层的温升情况：
Rth＝Rthjc+Rthch+Rthha
Tj＝Ta+ΔTjc+ΔTch+ΔTha
＝Ta+Ploss·(Rthjc+Rthch+Rthha)
＝Ta+Ploss·Rth
其中，Rth为总等效热阻，Rthjc为芯片-外壳热阻，Rthch为外壳-散热器热阻，Rthha为散热器-环境热阻，Tj为结温，△Tjc为芯片-外壳温差，Tc为壳温，△Tch为外壳-散热器温差，Th为散热器温度，△Tha为散热器-环境温差，Ta为环境温度，Ploss为总功率损耗。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710837690.XA CN107525990A (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710837690.XA CN107525990A (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107525990A true CN107525990A (zh) | 2017-12-29 |
Family
ID=60736802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710837690.XA Pending CN107525990A (zh) | 2017-09-18 | 2017-09-18 | 多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107525990A (zh) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108375708A (zh) * | 2018-02-24 | 2018-08-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局 | 一种柔性直流输电系统功率模块功能测试板卡 |
| CN109450269A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-08 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质 |
| WO2020108172A1 (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
| CN111817556A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-23 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种功率器件的控制系统和控制方法 |
| CN113203928A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-03 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 | 功率器件的结温监测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113591336A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-11-02 | 中南大学 | 一种客车车下电源igbt模块寿命预测方法及其系统 |
| CN113722873A (zh) * | 2020-05-26 | 2021-11-30 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法及系统 |
| CN115479691A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-12-16 | 北京交通大学 | 一种交直流功率模块热管理系统及方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102570864A (zh) * | 2011-12-08 | 2012-07-11 | 华北电力大学 | 一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法 |
| CN102981098A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-03-20 | 天津理工大学 | 一种igbt模块内部键接线故障监测系统及其工作方法 |
-
2017
- 2017-09-18 CN CN201710837690.XA patent/CN107525990A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102570864A (zh) * | 2011-12-08 | 2012-07-11 | 华北电力大学 | 一种模块化多电平换流器在线损耗计算方法 |
| CN102981098A (zh) * | 2012-12-06 | 2013-03-20 | 天津理工大学 | 一种igbt模块内部键接线故障监测系统及其工作方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 刘军娜;赵成勇;李广凯;: "两电平电压源换流器的损耗计算方法" * |
| 吕青;王路;王镐江;高嵬;: "ZVZCT-PWM SEPIC变换器的损耗分析" * |
| 苏健: "级联H桥型SVG功率单元设计及控制策略研究" * |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108375708A (zh) * | 2018-02-24 | 2018-08-07 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局 | 一种柔性直流输电系统功率模块功能测试板卡 |
| WO2020108172A1 (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
| CN111339623A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-26 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
| CN111339623B (zh) * | 2018-11-30 | 2022-09-23 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
| CN109450269A (zh) * | 2018-12-13 | 2019-03-08 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质 |
| CN109450269B (zh) * | 2018-12-13 | 2020-07-28 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风电变流器功率模块的结温检测方法和装置、存储介质 |
| CN113722873A (zh) * | 2020-05-26 | 2021-11-30 | 株洲中车时代电气股份有限公司 | 基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法及系统 |
| CN111817556B (zh) * | 2020-07-08 | 2022-06-28 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种功率器件的控制系统和控制方法 |
| CN111817556A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-10-23 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种功率器件的控制系统和控制方法 |
| CN113203928A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-03 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 | 功率器件的结温监测方法、装置、设备及存储介质 |
| CN113591336B (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-17 | 中南大学 | 一种客车车下电源igbt模块寿命预测方法及其系统 |
| CN113591336A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-11-02 | 中南大学 | 一种客车车下电源igbt模块寿命预测方法及其系统 |
| CN115479691A (zh) * | 2022-07-21 | 2022-12-16 | 北京交通大学 | 一种交直流功率模块热管理系统及方法 |
| CN115479691B (zh) * | 2022-07-21 | 2024-07-02 | 北京交通大学 | 一种交直流功率模块热管理系统及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107525990A (zh) | 多电平功率变换器状态监测系统及功率器件损耗计算方法 | |
| Zhang et al. | Efficiency impact of silicon carbide power electronics for modern wind turbine full scale frequency converter | |
| CN105825019B (zh) | 一种绝缘栅双极晶体管igbt模块温度求解算法 | |
| CN109274255A (zh) | 计及杂散电感影响的风电变流器igbt功率模块动态结温计算方法 | |
| Wang et al. | A 50-kW air-cooled SiC inverter with 3-D printing enabled power module packaging structure and genetic algorithm optimized heatsinks | |
| CN106712553A (zh) | 正弦逆变器igbt结温波动计算方法 | |
| CN113435090B (zh) | 一种基于工况的igbt模块电-热-流体多场耦合仿真方法 | |
| Reichl et al. | Design optimization of hybrid-switch soft-switching inverters using multiscale electrothermal simulation | |
| Li et al. | IGBT lifetime model considering composite failure modes | |
| Wang et al. | A transient 3-D thermal modeling method for IGBT modules considering uneven power losses and cooling conditions | |
| WO2024041025A1 (zh) | 一种igct三电平功率单元试验系统及方法 | |
| Albarbar et al. | Thermal analysis of power electronic devices used in renewable energy systems | |
| CN102324864B (zh) | 一种三相并网逆变单元 | |
| Saleki et al. | Lifetime extension by varying switching frequency of inverters based on junction temperature estimation | |
| Liu et al. | Conduction Time Variation-Based Active Thermal Control Method for Si and SiC Hybrid Switch | |
| Xu et al. | Si IGBT phase-leg module packaging and cooling design for operation at 200° C in hybrid electrical vehicle applications | |
| CN113993348B (zh) | 混合式直流断路器SiC器件自取能装置、方法及应用 | |
| Liang et al. | High efficiency liquid cooling system of power electronic converter | |
| Zhan et al. | A novel sensor-less on-line estimation method of IGBT junction temperature | |
| Sun et al. | Study on heat dissipation performance of IGBT module in wind power converter | |
| Cheng et al. | The Analysis of Numerical Simulation About Thermal Management on Frequency Converter | |
| Wang et al. | Thermal performance investigation of three-dimensional structure unit in double-sided cooling IGBT module | |
| Zhu et al. | Optimized design of an onboard resonant self-heater for automotive lithium-ion batteries at cold climates | |
| Kimmer et al. | Reverse conducting igbt-A new technology to increase the energy efficiency of induction cookers | |
| Fan et al. | Modeling and analysis of igbt power module electro-thermal coupling model |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20171229 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |