CN109270422A - 一种igbt器件的评价方法及装置 - Google Patents
一种igbt器件的评价方法及装置 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109270422A CN109270422A CN201811053752.9A CN201811053752A CN109270422A CN 109270422 A CN109270422 A CN 109270422A CN 201811053752 A CN201811053752 A CN 201811053752A CN 109270422 A CN109270422 A CN 109270422A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- igbt
- igbt device
- chip
- loss power
- junction temperature
- 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.)
- Granted
Links
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
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2601—Apparatus or methods therefor
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
- Power Conversion In General (AREA)
Abstract
本发明涉及一种IGBT器件的评价方法及装置,所述方法包括:根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。本发明提供的技术方案,不仅满足了IEC标准对IGBT器件的损耗功率与结温计算的要求,还可以对长期运行后或经过严重短路故障的子模块IGBT器件进行热性能的评估。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统直流输配电、电力电子和高压输电技术领域,具体涉及一种IGBT器件的评价方法及装置。
背景技术
随着模块化多电平换流器(Modular Multilevel Converter,简称MMC)的广泛应用,子模块内部全控型电力电子器件IGBT的可靠性和安全性是换流阀设备运行的关键,因此准确测试计算子模块IGBT器件的损耗功率与结温是对子模块设计及检修性能评估的重要依据。
现有的MMC换流阀子模块IGBT器件的损耗功率与结温计算,多采用在不同PQ运行条件下系统仿真的子模块IGBT的电压、电流和预设开关频率等数据计算对应器件的损耗,在仿真计算损耗的基础上再通过设计的散热器热阻、IGBT器件热阻进行结温计算,并且在损耗功率的计算过程中采用预设仿真开关频率,导致IGBT芯片的开关损耗以及二极管(DIODE)芯片的反向恢复损耗与真实损耗存在较大偏差;结温计算采用理想的冷却散热方法,使得计算结温会比较理想化或偏低,这些偏差的累计将会导致器件运行效果评估的失真。
发明内容
本发明提供一种IGBT器件的评价方法及装置,其目的是提出一种IGBT器件的损耗功率和结温的计算方法,利用计算结果对长期运行后或经过严重短路故障的子模块IGBT器件进行热性能的评估,并为IGBT器件的运行可靠性及安全性提供数据支撑。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的:
一种IGBT器件的评价方法,其改进之处在于,所述方法包括:
根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
优选的,所述根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率,包括:
按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
进一步的,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
优选的,所述根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温,包括:
按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。
优选的,所述根据所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价,包括:
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
一种IGBT器件的评价装置,其改进之处在于,所述装置包括:
第一确定单元,用于根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
第二确定单元,用于根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
评价单元,用于利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
优选的,所述第一确定单元,包括:
第一确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
第二确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
进一步的,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
优选的,所述第二确定单元,包括:
第三确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
第四确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。
优选的,所述评价单元,包括:
第一判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
第二判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
本发明的有益效果:
本发明提供的技术方案,通过根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率,根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温,利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价,不仅满足了IEC标准对IGBT器件的损耗功率与结温计算的要求,还可以对长期运行后或经过严重短路故障的子模块IGBT器件进行热性能的评估,进一步的,可以为器件的老化分析及寿命预估提供数据支撑,为IGBT器件的运行可靠性及安全性提供数据支撑。
附图说明
图1是本发明实施例中一种IGBT器件的评价方法的流程图;
图2是本发明实施例中一种IGBT器件的评价装置的结构示意图;
图3是本发明实施例中IGBT器件测试平台的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明提供的一种IGBT器件的评价方法,如图1所示,所述方法包括:
101.根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
102.根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
103.利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
进一步的,所述步骤101,包括:
按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
具体的,IGBT器件的开通和关断次数、IGBT芯片的开通和关断次数和二极管芯片的开通和关断次数相同;
例如,如图3所示的IGBT器件测试平台,所述IGBT器件测试平台是基于辅助IGBT器件与试品IGBT器件的电容器C与负载电抗器L的谐振放电原理工作,通过信号控制辅助IGBT器件与试品IGBT器件的第一IGBT芯片T1和第二IGBT芯片T2的开通关断,在第一IGBT芯片T1、第一二极管芯片D1、第二IGBT芯片T2和第二二极管芯片D2上形成断续脉冲电流,这四种断续脉冲电流集合形成正弦桥臂电流Ip;
IGBT器件的栅极信号是控制器采用正弦调制信号和三角载波信号的调制法产生的SPWM脉冲信号,针对检修用的1托1结构运行测试平台,为了防止桥臂电流振荡失真,设定IGBT器件的栅极脉冲频率为1kHz(即周期1ms),且第一IGBT芯片和第二IGBT芯片的开关信号绝对相反,辅助IGBT器件和试品IGBT器件的脉冲的调制信号相位差为180°,IGBT器件与控制器的通信周期为125us,在该周期内IGBT器件的开关的时间只能是125us的倍数,因此IGBT器件开通和关断开关次数分别被限定为8次,即每个IGBT芯片开通和关断分别为8次,每个二极管也开通和关断分别为8次,设负载电流是周期T为20ms的正弦波;IGBT器件中存在正弦电流的正负半波。依据正弦电流波形的电流方向分析,在正半波时间内,第一IGBT芯片和第二二极管芯片形成工作对器件;负半波时间内,第二IGBT芯片和第一二极管芯片形成工作对器件;采用正弦波20等份提取第一IGBT芯片的电流IT1、第二IGBT芯片的电流IT2、第一二极管芯片的电流ID1和第二二极管芯片的电流。
具体的,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
进一步的,所述步骤102,包括:
按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。进一步的,所述步骤103,包括:
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
本发明提供的实施例中,以±320kV/1000MW的MMC换流阀子模块例行试验,并得到真实的试验验证。针对该等效计算方法,分别经过仿真计算、实测功耗反校,IGBT损耗偏差小于10%,对IGBT运行状态的分析可靠有效。
本发明还提供一种IGBT器件的评价装置,如图2所示,所述装置包括:
第一确定单元,用于根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
第二确定单元,用于根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
评价单元,用于利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
进一步的,所述第一确定单元,包括:
第一确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
第二确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
具体的,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
进一步的,所述第二确定单元,包括:
第三确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
第四确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。
进一步的,所述评价单元,包括:
第一判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、若所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
第二判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、若所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
本领域内的技术人员应明白,本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制,尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换,而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换,其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种IGBT器件的评价方法,其特征在于,所述方法包括:
根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率,包括:
按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温,包括:
按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述根据所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价,包括:
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
6.一种IGBT器件的评价装置,其特征在于,所述装置包括:
第一确定单元,用于根据IGBT器件的导通次数确定IGBT器件的损耗功率;
第二确定单元,用于根据所述IGBT器件的损耗功率确定IGBT器件的结温;
评价单元,用于利用所述IGBT器件的损耗功率和结温对所述IGBT器件进行评价。
7.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第一确定单元,包括:
第一确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率PIGBT:
上式中,w∈[1,N],N为IGBT器件导通的总次数;j∈[1,M],M为IGBT器件中的IGBT芯片动作总次数,Vce(sat)为IGBT器件中的IGBT芯片的通态压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的导通时间,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的开通能量,为IGBT器件中的IGBT芯片第j次动作的关断能量,kv为IGBT器件的电压比例系数,T为正弦周期;
其中,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为开通时,当IGBT器件中的IGBT芯片的第j次动作为断开时,
第二确定模块,用于按下式确定所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率PDIODE:
上式中,b∈[1,L],L为IGBT器件中的二极管芯片动作的总次数,Vf为IGBT器件中的二极管芯片的导通压降,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通时间,为IGBT器件中的二极管芯片第b次动作的反向恢复能量;
其中,当IGBT器件中的二极管芯片的第b次动作为开通时,
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的损耗功率和所述IGBT器件中的二极管芯片的损耗功率作为所述IGBT器件的损耗功率。
8.如权利要求7所述的装置,其特征在于,按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的通态电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的IGBT芯片的断开时间,Ip为桥臂电流,f为正弦电流的频率,t∈(0,T),T为正弦周期;
按下式确定IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的导通电流
上式中,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的开通时间,为IGBT器件第w次导通时IGBT器件中的二极管芯片的关断时刻。
9.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述第二确定单元,包括:
第三确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的IGBT芯片的结温TIGBT:
上式中,TIGBT-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TIGBT-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RIGBT为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,PIGBT为IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率,PDIODE为IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率,RIGBT-th为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的测试值;
第四确定模块,用于按下式确定IGBT器件中的二极管芯片的结温TDIODE:
上式中,TDIODE-in为冷却液进入IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器的温度,TDIODE-out为冷却液从IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器出去的温度,RDIODE为IGBT器件中的IGBT芯片对应的散热器热阻的额定热阻值,RDIODE-th为IGBT器件中的二极管芯片对应的散热器热阻的测试值;
将所述IGBT器件中的IGBT芯片的结温和所述IGBT器件中的二极管芯片的结温作为所述IGBT器件的结温。
10.如权利要求6所述的装置,其特征在于,所述评价单元,包括:
第一判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率大于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温大于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温大于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件存在故障风险;
第二判断模块,用于若所述IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的IGBT芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率小于IGBT器件的损耗功率中的二极管芯片的损耗功率期望值、所述IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温小于IGBT器件的结温中的IGBT芯片的结温期望值且所述IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温小于IGBT器件的结温中的二极管芯片的结温期望值,则IGBT器件中的IGBT芯片型号的选择不合理或冷却液的选择不合理。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811053752.9A CN109270422B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种igbt器件的评价方法及装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811053752.9A CN109270422B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种igbt器件的评价方法及装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109270422A true CN109270422A (zh) | 2019-01-25 |
CN109270422B CN109270422B (zh) | 2023-08-11 |
Family
ID=65189000
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811053752.9A Active CN109270422B (zh) | 2018-09-11 | 2018-09-11 | 一种igbt器件的评价方法及装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109270422B (zh) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110426618A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-11-08 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种器件寿命预测方法、装置、车辆和存储介质 |
CN111781480A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-10-16 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种igbt的结温监测方法、装置和系统 |
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 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103684001A (zh) * | 2012-09-17 | 2014-03-26 | 苏州三星电子有限公司 | 变频空调中功率开关的控制方法及装置 |
CN105556266A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-05-04 | Abb技术有限公司 | 用于确定igbt器件的实际结温的方法和装置 |
CN105703724A (zh) * | 2016-01-30 | 2016-06-22 | 杨明 | 一种功率器件的过流保护方法和电路 |
CN107341326A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-10 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 模块化多电平换流器寿命评估方法 |
CN108051724A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-05-18 | 深圳市振华微电子有限公司 | 功率模块间歇工作寿命试验系统及方法 |
-
2018
- 2018-09-11 CN CN201811053752.9A patent/CN109270422B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN103684001A (zh) * | 2012-09-17 | 2014-03-26 | 苏州三星电子有限公司 | 变频空调中功率开关的控制方法及装置 |
CN105556266A (zh) * | 2013-09-24 | 2016-05-04 | Abb技术有限公司 | 用于确定igbt器件的实际结温的方法和装置 |
CN105703724A (zh) * | 2016-01-30 | 2016-06-22 | 杨明 | 一种功率器件的过流保护方法和电路 |
CN107341326A (zh) * | 2017-08-29 | 2017-11-10 | 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 | 模块化多电平换流器寿命评估方法 |
CN108051724A (zh) * | 2018-01-09 | 2018-05-18 | 深圳市振华微电子有限公司 | 功率模块间歇工作寿命试验系统及方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
屠卿瑞;徐政;: "基于结温反馈方法的模块化多电平换流器型高压直流输电阀损耗评估", 高电压技术, no. 06 * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110426618A (zh) * | 2019-07-16 | 2019-11-08 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种器件寿命预测方法、装置、车辆和存储介质 |
CN110426618B (zh) * | 2019-07-16 | 2022-01-04 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种器件寿命预测方法、装置、车辆和存储介质 |
CN111781480A (zh) * | 2020-05-28 | 2020-10-16 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种igbt的结温监测方法、装置和系统 |
CN111781480B (zh) * | 2020-05-28 | 2022-05-20 | 南方电网科学研究院有限责任公司 | 一种igbt的结温监测方法、装置和系统 |
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 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN109270422B (zh) | 2023-08-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108646163B (zh) | 一种半导体器件的功率循环测试系统 | |
Hu et al. | Multi-objective model-predictive control for high-power converters | |
CN109270422A (zh) | 一种igbt器件的评价方法及装置 | |
RU2732191C1 (ru) | Способ и устройство регулирования напряжения и тока в системе передачи электроэнергии постоянным током | |
GB2551596A (en) | Method and apparatus for fault prediction of sub-module in flexible direct current transmission converter valve | |
CN106286129A (zh) | 风力发电机组及其控制方法 | |
CN108712102B (zh) | 一种低损耗电压源逆变器模型预测电流控制方法 | |
Farhadi et al. | Failure analysis and reliability evaluation of modulation techniques for neutral point clamped inverters—A usage model approach | |
CN104991131A (zh) | 一种柔性直流输电换流阀半桥结构功率模块测试装置 | |
CN108631632B (zh) | 基于虚拟桥臂数学模型的mmc瞬时功率损耗计算方法 | |
Zhao et al. | Transient behaviors of multiscale megawatt power electronics systems—Part I: Characteristics and analysis | |
CN107132440A (zh) | 一种电力电子型电抗器性能测试装置 | |
CN103840470B (zh) | 一种断路器合闸相位控制方法、装置及系统 | |
CN110470967A (zh) | 一种脉冲功率交流老化试验平台及试验方法 | |
Soltau et al. | High-power dc-dc converter | |
CN104422838A (zh) | 一种电力电子功率模块测试运行系统 | |
Long et al. | Power losses reduction of T-type grid-connected converters based on tolerant sequential model predictive control | |
Yin et al. | Adaptive fast fault location for open-switch faults of voltage source inverter | |
CN109687412B (zh) | 一种直流断路器仿真方法及装置 | |
CN109884456A (zh) | 功率模块及直流熔断器短路试验平台 | |
CN103929088A (zh) | 一种模块化多电平换流器的平均值模型 | |
CN109507501A (zh) | 智能功率模块的功率循环测试方法、装置 | |
CN202910439U (zh) | 数字控制多功能逆变弧焊机 | |
CN102522779A (zh) | 用于动态模拟实验的发电机同期控制系统 | |
Rahman et al. | Impact of Active Cooling on the Thermal Management of 3-Level NPC Converter for Hybrid Electric Vehicle Application |
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 | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |