CN109186795A - Igbt模块壳温的估算方法 - Google Patents

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成星
赵鹏
皮彬彬
黄洋
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    • G01K7/02—Measuring temperature based on the use of electric or magnetic elements directly sensitive to heat ; Power supply therefor, e.g. using thermoelectric elements using thermoelectric elements, e.g. thermocouples
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    • G—PHYSICS
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    • G01K1/14—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations
    • G01K1/143—Supports; Fastening devices; Arrangements for mounting thermometers in particular locations for measuring surface temperatures

Abstract

本发明提供一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：IGBT模块壳温为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：Tc(n)＝Ts(n)+△T(n)其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。根据IGBT壳温可采取IGBT模块的过热保护控制。

Description

IGBT模块壳温的估算方法
技术领域
本发明涉及一种集成电路模块的温度测量方法，尤其是一种IGBT模块壳温的估算方法。
背景技术
在变频器中，逆变模块一般采用IGBT模块，当变频器工作时，流过IGBT模块的电流较大，开关频率较高，损耗也比较大，如果IGBT模块的热量不能及时散掉，会使的器件结温超过最大额定结温，造成IGBT模块损坏。一般测量IGBT模块结温有一定难度，因此通过测量IGBT模块的壳温，根据壳温来限制IGBT模块的输出电流或者自动停机确保IGBT模块的安全。
IGBT模块壳温测量方法有两种，一种是采样IGBT模块中内置的NTC(一种热敏电阻)。一般IGBT模块会封装2-6个IGBT芯片，每个IGBT芯片工作状态不同，对应IGBT芯片下方的壳温会有误差。另一种方法是直接在靠近IGBT模块的散热片上安装温度传感器，检测散热片温度。由于变频器工作时IGBT模块内功耗是实时变化的该方法误差较大。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种IGBT模块壳温的估算方法，能够得到IGBT模块内IGBT芯片正下方的实时壳温，可根据此实时壳温采取IGBT模块的过热保护控制，从而保证IGBT模块工作在安全范围内。本发明采用的技术方案是：
一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：
步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，
采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：
其中Cth为当前载波频率对应的热容值，Rth为当前载波频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；
IGBT模块壳温为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；
步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：
Tc(n)＝Ts(n)+△T(n) (2)
其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。
进一步地，热阻值通过实验测量得到，测量方法为：
在IGBT模块下方的散热片上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴测温元件，采集测温元件温度和散热片上温度传感器温度，使IGBT模块输出额定电流Ir，电流频率为f，测量稳态时测温元件温度Tc和温度传感器温度Ts，
当前电流频率对应的热阻值Rth(f)＝(Tc-Ts)/Ir
改变电流频率f多次测量，模拟出热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Rth。
进一步地，热容值通过实验测量得到，测量方法为：
在IGBT模块冷却后，使IGBT模块输出m倍额定电流、电流频率为f，测量测温元件温度和温度传感器温度，记录测温元件温度上升一个设定温度过程所用时间T，同时记录测温元件温度上升一个设定温度结束时刻的测温元件温度Tc′和温度传感器温度Ts′，计算出当前电流频率对应的热容值
Cth(f)＝-T/Rth(f)*ln(1-(Tc′-Ts′/m*Ir*Rth(f)))
改变电流频率f多次测量，模拟出热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Cth。
更进一步地，f初始值取1Hz。
更进一步地，m取1.5。
本发明的优点：本发明根据散热片温度和IGBT模块输出电流和频率，利用IGBT模块热电路模型，计算IGBT模块内IGBT芯片正下方的壳温，有效降低了壳温的估算误差，保证IGBT模块的正常运行。
附图说明
图1为本发明的IGBT模块以及测温示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例中，IGBT模块1内封装有四个IGBT芯片2；IGBT模块1底部设有金属底板；散热片3通常与IGBT模块的金属底板紧贴，安装在IGBT模块下方；
本发明提出一种IGBT模块壳温的估算方法，包括以下步骤：
步骤S1，在IGBT模块的散热片上安装温度传感器4，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；在IGBT模块的载波频率固定、直流电压变化范围小的情况下，IGBT模块的损耗可近似为与电流成正比；当IGBT模块输出电流为正弦波时，IGBT模块损耗呈现周期正弦形式，IGBT模块中IGBT芯片正下方的壳温具有周期性；
采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：
其中Cth为当前电流频率对应的热容值，Rth为当前电流频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；
IGBT模块壳温本发明中为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；
步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：
Tc(n)＝Ts(n)+△T(n) (2)
其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。
热容值和热阻值通过实验测量得到。
步骤S3，热阻值的测量；
在IGBT模块下方的散热片3上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴热电偶，采集热电偶温度和散热片上温度传感器温度，使IGBT模块输出额定电流Ir，电流频率为f(比如1Hz)，测量稳态时热电偶温度Tc和温度传感器温度Ts，
当前电流频率对应的热阻值Rth(f)＝(Tc-Ts)/Ir
改变电流频率f多次测量，模拟出热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线即可求得公式(1)中的Rth。
步骤S4，热容值测量；
在IGBT模块冷却后，使IGBT模块输出1.5倍额定电流、电流频率为f(比如1Hz)，测量热电偶温度和温度传感器温度，记录热电偶温度上升25度过程所用时间T，同时记录热电偶温度上升25度结束时刻的热电偶温度Tc′和温度传感器温度Ts′，计算出当前电流频率对应的热容值
Cth(f)＝-T/Rth(f)*ln(1-(Tc′-Ts′/1.5Ir*Rth(f)))
改变电流频率f多次测量，模拟出热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线即可求得公式(1)中的Cth。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1，采用热阻与热容并联的热电路模型模拟IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳的热传导过程；当IGBT模块输出电流为正弦波时，
采样IGBT模块的散热片上温度传感器测量值；IGBT模块在第n个采样周期中，温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差为：
其中Cth为当前电流频率对应的热容值，Rth为当前电流频率对应的热阻值，ΔT(n-1)为IGBT模块在第n-1个采样周期的温度传感器测量值与IGBT模块壳温的温度差，Δt为采样周期，I为IGBT模块在第n个采样周期的电流；
IGBT模块壳温为IGBT模块的IGBT芯片正下方IGBT模块外壳温度；
步骤S2，IGBT模块在第n个采样周期中，IGBT模块壳温的估算值Tc(n)为：
Tc(n)＝Ts(n)+△T(n) (2)
其中Ts(n)为IGBT模块在第n个采样周期散热片上温度传感器测量值。
2.如权利要求1所述的IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，
热阻值通过实验测量得到，测量方法为：
在IGBT模块下方的散热片上打孔，孔延伸至IGBT金属底板，在孔中IGBT金属底板处粘贴测温元件，采集测温元件温度和散热片上温度传感器温度，使IGBT模块输出额定电流Ir，电流频率为f，测量稳态时测温元件温度Tc和温度传感器温度Ts，
当前电流频率对应的热阻值Rth(f)＝(Tc-Ts)/Ir
改变电流频率f多次测量，模拟出热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热阻值Rth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Rth。
3.如权利要求2所述的IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，
热容值通过实验测量得到，测量方法为：
在IGBT模块冷却后，使IGBT模块输出m倍额定电流、电流频率为f，测量测温元件温度和温度传感器温度，记录测温元件温度上升一个设定温度过程所用时间T，同时记录测温元件温度上升一个设定温度结束时刻的测温元件温度Tc′和温度传感器温度Ts′，计算出当前电流频率对应的热容值
Cth(f)＝-T/Rth(f)*ln(1-(Tc′-Ts′/m*Ir*Rth(f)))
改变电流频率f多次测量，模拟出热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线；
根据热容值Cth(f)随电流频率f变化曲线求得公式(1)中的Cth。
4.如权利要求2或3所述的IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，
f初始值取1Hz。
5.如权利要求3所述的IGBT模块壳温的估算方法，其特征在于，
m取1.5。
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109861571A (zh) * 2019-02-22 2019-06-07 湖南大学 一种改善SiC逆变器可靠性的驱动方法与系统
CN110118615A (zh) * 2019-05-23 2019-08-13 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法
CN110133466A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 上海金脉电子科技有限公司 Igbt模块的结温计算方法及系统
CN110161398A (zh) * 2018-09-04 2019-08-23 河北工业大学 一种利用壳温评估igbt功率模块老化状态的方法
CN111123059A (zh) * 2019-08-31 2020-05-08 贵州大学 一种igbt模块温升特性分析方法
CN111678613A (zh) * 2020-06-11 2020-09-18 江苏华创微系统有限公司 一种基于壳内温度传感的dsp芯片壳温检测方法
CN113566381A (zh) * 2021-07-28 2021-10-29 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 一种家电设备及其过热保护控制方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1952631A (zh) * 2005-09-28 2007-04-25 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 用于功率转换模块的结温预测方法及装置
JP2014153232A (ja) * 2013-02-11 2014-08-25 Denso Corp 検出温度誤差補正方法、及び検出温度誤差補正システム
CN104458039A (zh) * 2013-09-25 2015-03-25 上海英威腾工业技术有限公司 Igbt模块壳温的实时估算方法
CN105628237A (zh) * 2016-01-13 2016-06-01 中国东方电气集团有限公司 一种igbt模块温度检测方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1952631A (zh) * 2005-09-28 2007-04-25 洛克威尔自动控制技术股份有限公司 用于功率转换模块的结温预测方法及装置
JP2014153232A (ja) * 2013-02-11 2014-08-25 Denso Corp 検出温度誤差補正方法、及び検出温度誤差補正システム
CN104458039A (zh) * 2013-09-25 2015-03-25 上海英威腾工业技术有限公司 Igbt模块壳温的实时估算方法
CN105628237A (zh) * 2016-01-13 2016-06-01 中国东方电气集团有限公司 一种igbt模块温度检测方法

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110161398A (zh) * 2018-09-04 2019-08-23 河北工业大学 一种利用壳温评估igbt功率模块老化状态的方法
CN110161398B (zh) * 2018-09-04 2021-06-25 河北工业大学 一种利用壳温评估igbt功率模块老化状态的方法
CN109861571A (zh) * 2019-02-22 2019-06-07 湖南大学 一种改善SiC逆变器可靠性的驱动方法与系统
CN109861571B (zh) * 2019-02-22 2020-11-10 湖南大学 一种改善SiC逆变器可靠性的驱动方法与系统
CN110133466A (zh) * 2019-05-16 2019-08-16 上海金脉电子科技有限公司 Igbt模块的结温计算方法及系统
CN110118615A (zh) * 2019-05-23 2019-08-13 晶晨半导体(上海)股份有限公司 一种功率芯片的外壳最高温度的计算方法
CN111123059A (zh) * 2019-08-31 2020-05-08 贵州大学 一种igbt模块温升特性分析方法
CN111123059B (zh) * 2019-08-31 2021-11-05 贵州大学 一种igbt模块温升特性分析方法
CN111678613A (zh) * 2020-06-11 2020-09-18 江苏华创微系统有限公司 一种基于壳内温度传感的dsp芯片壳温检测方法
CN113566381A (zh) * 2021-07-28 2021-10-29 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 一种家电设备及其过热保护控制方法、装置及存储介质
CN113566381B (zh) * 2021-07-28 2022-09-16 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 一种家电设备及其过热保护控制方法、装置及存储介质

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