CN110133466A - Igbt模块的结温计算方法及系统 - Google Patents

Igbt模块的结温计算方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110133466A
CN110133466A CN201910409536.1A CN201910409536A CN110133466A CN 110133466 A CN110133466 A CN 110133466A CN 201910409536 A CN201910409536 A CN 201910409536A CN 110133466 A CN110133466 A CN 110133466A
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
igbt module
igbt
junction
data
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
Application number
CN201910409536.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110133466B (zh
Inventor
韩伟
殷桂来
任广辉
张国亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Original Assignee
SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd filed Critical SHANGHAI JINMAI ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority to CN201910409536.1A priority Critical patent/CN110133466B/zh
Publication of CN110133466A publication Critical patent/CN110133466A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110133466B publication Critical patent/CN110133466B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

本发明涉及一种IGBT模块的结温计算方法及系统，该方法包括如下步骤：初始时，建立IGBT模块的结温与模块表面温度的对应关系，根据损耗与表面温度建立热阻热容网络模型；计算出IGBT模块的当前损耗；代入热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；从对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，对比实际温度数据与IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用实际温度数据更新热阻热容网络模型中的热容和热阻。本发明，实现了对热阻热容网络模型中的热容和热阻动态调整，很好地体现了热容和热阻的动态变化，大大提升了结温计算结果的准确性。

Description

IGBT模块的结温计算方法及系统
技术领域
本发明涉及晶体管技术领域，特指一种IGBT模块的结温计算方法及系统。
背景技术
在电力电子与电力传动领域中，IGBT模块作为开关器件，内部不断开关，由于电流大，开关频率高，这会产生大量的热量。当热量超过半导体所能承受范围时，IGBT模块就会损坏。因此需要实时准确计算IGBT模块内部结温大小以保护IGBT模块。
进行结温计算时，传统做法是对IGBT模块内部结构进行大量有限元热分析的离线计算，不断通过曲线拟合方式得到损耗和IGBT模块温度之间的关系，在计算出IGBT模块的损耗之后，通过对等效热阻热容网络的计算，确立IGBT模块的结温。这种做法在研发前期会花费大量的时间去模拟仿真IGBT模块的结构进行热分析；同时，温度计算时多数依赖IGBT/二极管对水冷管的热阻和热容，由于传热效果较明显，当水冷管温度上升以后，热阻和热容就会发生变化，这种实际中的动态变化很难在离线仿真中得以很好的体现，如果计算公式中的热阻热容值不准确，难免会引起误差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种IGBT模块的结温计算方法及系统，解决现有的结温计算无法仿真动态变化的热阻和热容而导致的结温计算误差使得结温计算结果的准确性较差的问题。
实现上述目的的技术方案是：
本发明提供了一种IGBT模块的结温计算方法，包括如下步骤：
初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与所述IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；
在对IGBT模块进行结温计算时，获取所述IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出所述IGBT模块的当前损耗；
将所述IGBT模块的当前损耗输入所述热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；
依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；以及
实时获取IGBT模块的表面实际温度数据，对比所述实际温度数据与所述IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。
本发明的计算方法克服了传统估算方式中参数无法适应实际工况的不足，本发明以IGBT模块的实际温度数据为基础，实现了对热阻热容网络模型中的热容和热阻动态调整，体现了热容和热阻的动态变化，大大提升了结温计算结果的准确性。本发明的结温计算部分与现有传统估算方式相比，形成了一个独立的个体，其与IGBT模块的使用场景和内部控制算法均无关。
本发明IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系的步骤，包括：
提供一第一IGBT模块，将所述第一IGBT模块的上壳体打开以露出其内的IGBT芯片和二极管；
控制所述第一IGBT模块运行，并记录对应的电压电流参数，同时利用热成像仪记录所述IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据；
提供一第二IGBT模块，于所述第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器；
控制所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行，并通过各所述温度传感器记录所述第二IGBT模块的表面温度形成多个量测温度数据；
将所述原始温度数据与多个所述量测温度数据经数据拟合得到所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系。
本发明IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。
本发明IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，查找出的对应的IGBT模块的结温有多个，选取多个结温中置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。
本发明IGBT模块的结温计算方法的进一步改进在于，实时获取IGBT模块的表面实际温度数据的步骤包括：
于所述IGBT模块的外壳表面装设多个温度传感器，通过所装设的多个温度传感器实时获取所述IGBT模块的表面温度。
本发明还提供了一种IGBT模块的结温计算系统，包括：
温度关系建立单元，用于在初始时，建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系；
网络模型建立单元，与所述温度关系建立单元连接，用于在初始时，计算出所述IGBT模块的损耗，并根据所述IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；
采集单元，用于在对IGBT模块进行结温计算时，采集IGBT模块的当前工作参数；
处理单元，与所述温度关系建立单元、所述网络模型建立单元以及所述采集单元连接，所述处理单元用于依据所述采集单元采集的当前工作参数计算出IGBT模块的当前损耗，并根据所述热阻热容网络模型计算得出对应所述IGBT模块的当前损耗的IGBT模块表面温度的预测值，再依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；以及
更新单元，所述网络模型建立单元和所述处理单元连接，用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比所述IGBT模块表面温度的预测值与所述实际温度数据，在对比结果为不一致时，则将所述实际温度数据发送给所述网络模型建立单元以通过所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。
本发明结温计算系统的进一步改进在于，还包括与所述温度关系建立单元连接的热成像仪和多个温度传感器；
所述热成像仪用于实时记录一第一IGBT模块运行时的IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据，并将所述原始温度数据发送给所述温度关系建立单元；
多个所述温度传感器装设于一第二IGBT模块的外壳上，用于记录所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行时的表面温度形成多个量测温度数据，并将所述量测温度数据发送给温度关系建立单元。
本发明结温计算系统的进一步改进在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。
本发明结温计算系统的进一步改进在于，还包括与所述网络模型建立单元和所述处理单元连接的更新单元，
所述更新单元用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比所述IGBT模块表面温度的预测值与所述实际温度数据，在对比结果为不一致时，则将所述实际温度数据发送给所述网络模型建立单元以通过所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。
本发明结温计算系统的进一步改进在于，所述处理单元还用于对查找出的多个IGBT模块的结温，通过置信度选取出置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。
本发明结温计算系统的进一步改进在于，还包括装设在所述IGBT模块的外壳表面的多个温度传感器，所述的多个温度传感器与所述更新单元通信连接，用于实时获取所述IGBT模块的表面温度并将所获取的温度发送给所述更新单元。
附图说明
图1为本发明IGBT模块的结温计算方法的流程图。
图2为本发明IGBT模块的结温计算方法及系统中IGBT模块与装设的温度传感器的结构示意图。
图3为本发明IGBT模块的结温计算系统的系统图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
参阅图1，本发明提供了一种IGBT模块的结温计算方法及系统，用于克服传统估算方式中参数无法适应实际工况的不足，本发明以IGBT模块的实际温度为基础数据，结合加装的温度传感器读数，动态的得到IGBT模块中的IGBT芯片和二极管对传感器直接的热阻热容网络，大大提升估算结果的准确性。本发明利用较多空间分布的温度传感器，提高了系统的鲁棒性，即使个别传感器损坏，也不会引起估算系统的错误计算。本发明的结温估算部分与其他算法相比，是一个独立计算的单元，与IGBT模块的使用场景和控制算法均无关。下面结合附图对本发明IGBT模块的结温计算方法及系统进行说明。
参阅图3，显示了本发明IGBT模块的结温计算系统的系统图。下面结合图3，对本发明IGBT模块的结温计算系统进行说明。
如图3所示，本发明的IGBT模块的结温计算系统包括温度关系建立单元21、网络模型建立单元22、采集单元23、处理单元24以及更新单元25，温度关系建立单元21与网络模型建立单元22连接，处理单元24与温度关系建立单元21、网络模型建立单元22和采集单元23均连接，更新单元25与网络模型建立单元22和处理单元24连接。
其中温度关系建立单元21和网络模型建立单元22用于在初始时，建立估算结温的初始数据基础，温度关系建立单元21用于建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系；网络模型建立单元22用于计算出对应IGBT模块结温原始数据的IGBT模块的损耗，并根据IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；其中所形成的IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系和热阻热容网络模型作为后续计算结温的基础。
在对IGBT模块进行结温估算时，采集单元23用于采集IGBT模块的当前工作参数；处理单元24用于依据采集单元23采集的当前工作参数计算出IGBT模块的当前损耗，根据热阻热容网络模型计算得出对应IGBT模块的当前损耗的IGBT模块表面温度的预测值，再依据得到的IGBT模块表面温度的预测值从IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应IGBT模块的结温。
更新单元25用于实现对热阻热容网络模型进行不断地更新，以提高热容热阻的准确性，进而提高处理单元计算结温的准确性。更新热阻热容的热阻热容网络模型用于下一次计算结温时使用，进而提升结温估算的精度。更新单元25用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比IGBT模块表面温度的预测值与实际温度数据，在对比结果为不一致时，将实际温度数据发送给网络模型建立单元以通过实际温度数据更新热阻热容网络模型中的热容和热阻。
作为本发明的一较佳实施方式，结合图2所示，本发明的结温计算系统还包括与温度关系建立单元21连接输入单元，通过输入单元为温度关系建立单元21输入对应的IGBT模块的结温原始数据和IGBT模块的表面温度，其中的IGBT模块的结温原始数据可通过热成像仪观测记录得到，IGBT模块的表面温度可通过安装在IGBT模块上的温度传感器检测得到。
或者，本发明的结温计算系统还包括与温度关系建立单元21连接的热成像仪和多个温度传感器41，通过热成像仪为温度关系建立单元21提供IGBT模块的结温原始数据，通过温度传感器41为温度关系建立单元21提供IGBT模块的表面温度。即直接让热成像仪和温度传感器将数据传送给温度关系建立单元21。
通过热成像仪获取IGBT模块的结温原始数据，具体为：将一第一IGBT模块的上壳体打开，使得IGBT模块内的IGBT芯片和二极管能够直接看到，将热成像仪架设在面对露出的IGBT芯片和二极管的位置，通过热成像仪实施观测IGBT芯片和二极管的温度。控制第一IGBT模块运行，通过热成像仪记录该第一IGBT模块运行时的温度形成原始温度数据，该原始温度数据可通过输入单元输入给温度关系建立单元21，还可通过热成像仪直接发送给温度关系建立单元21。在控制第一IGBT模块运行时，还记录该第一IGBT模块流经的电压电流数据，该记录工作由第一IGBT模块的驱动模块来实现。较佳地，利用热成像仪测量多组IGBT模块内部的IGBT芯片和二极管在不同电压电流下的温度，并记录，形成对应的原始温度数据。利用多组原始温度数据进行拟合曲线时会有更好的效果。
通过温度传感器获得IGBT模块的表面温度，具体为：结合图2所示，将多个温度传感器41装设在一第二IGBT模块30的外壳上，通过温度传感器41记录第二IGBT模块在于第一IGBT模块相同的工况下运行时的表面温度形成多个量测温度数据，即每一温度传感器41记录有一个量测温度数据，温度传感器41与温度关系建立单元21通信连接，并将量测温度数据发送给温度关系建立单元21。或者还可以将各温度传感器的温度数据通过输入单元输入给温度关系建立单元21。较佳地，将温度传感器41间隔的布设在一基板42上，在基板42上还设有用于安装温度传感器41的传感器PCB板，该基板42的形状与第二IGBT模块30的外壳31的形状相适配，基板42罩扣于第二IGBT模块30的外壳31上，且各温度传感器41紧贴于第二IGBT模块30的外壳31上，通过各温度传感器41检测第二IGBT模块30运行时外壳31的表面温度。该第二IGBT模块30包括散热结构32和固定在散热结构32上的IGBT芯片33和二极管34，外壳31罩设在散热结构32、IGBT芯片33和二极管34上。第二IGBT模块与第一IGBT模块的结构相同，仅是为描述方便称其为第一IGBT模块和第二IGBT模块。温度传感器记录形成的量测温度数据和热成像仪记录的原始温度数据间存在一定的关系，两个数据是在相同工况下获得的，将热成像仪记录的原始温度数据作为IGBT模块结温原始数据，将原始温度数据与量测温度数据经过数据拟合，即可得到IGBT模块结温与各传感器的量测温度数据之间的温度变化关系，也即IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系。该IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系存储在温度关系建立单元21内。
作为本发明的另一较佳实施方式，网络模型建立单元22计算对应IGBT模块结温原始数据的IGBT模块的损耗时，获取第一IGBT模块运行时的电压电流数据，较佳地，网络模型建立单元22与第一IGBT模块的驱动模块通信连接，驱动模块将第一IGBT模块运行时流经的电压电流数据以电压电流数据表的形式发送给网络模型建立单元22，网络模型建立单元22根据接收的电压电流数据计算出IGBT模块的损耗，包括IGBT芯片的损耗和二极管的损耗，具体地，IGBT芯片的损耗和二极管的损耗包括导通损耗和开关损耗，其中的导通损耗等于电压乘以电流，网络模型建立单元22可根据接收的电压电流数据计算出导通损耗。开关损耗通过datasheet中每次开关动作的损耗值计算得到，在电压电流数据表存有该损耗值，具体地，网络模型建立单元22通过如下公式计算出开关损耗：
式二中，Pswitch为开关损耗，T0为计算周期时间，fs为IGBT的开关频率，Eswitch(i(t))是在IGBT的datasheet中能查到的开关损耗关于电流的曲线。
导通损耗与开关损耗之和即为IGBT芯片和二极管的损耗，也即IGBT模块的损耗。
IGBT模块的损耗曲线与温度关系建立单元21接收的量测温度数据间存在一定的关系，网络模型建立单元22将IGBT模块的损耗与各温度传感器的量测温度数据进行拟合，得出IGBT芯片和二极管的损耗相对于空间分布的各温度传感器直接的热阻热容RC网络，得到如下公式：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化，是本时刻的温度Ti相比于上一个时刻的温度Ti-1变化，即ΔT＝Ti-Ti-1。t表示时间，在j时间段内计算以后更新的时刻。式一中温度传感器记录的温度为各温度传感器的量测温度数据，IGBT模块的功率损耗即为IGBT模块的损耗，通过上述两个已知量，可计算出式一中的热阻Ri和热容Ci的大小。
处理单元24在计算IGBT模块的结温时，将IGBT模块的当前损耗代入到式一中，进行温度传感器的温度估算，得到IGBT模块表面温度的预测值，接着利用该预测值在IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应IGBT模块的结温。
进一步地，IGBT模块的损耗中的IGBT芯片的损耗和二极管的损耗均可对应得到多个温度传感器的温度预测值，多个温度预测值会对应得到多个IGBT模块的结温，该多个结温可能存在差异，处理单元24还用于对查找出的多个IGBT模块的结温，通过置信度选取出置信度较高的结温，并去平均值作为IGBT模块的结温计算结果。具体地，对估算出来的结温进行分析，为每一结温设置置信度，根据结温数据集中分布情况给与置信度，数据集中密集范围给与较高的置信度，数据分散的给与较低的置信度，将数据集中密集的结温取出算平均从而得到对应的结温计算结果。
在热成像仪观测时，得到了每一IGBT芯片和二极管的原始温度数据，每一IGBT芯片和二极管的原始温度数据与各温度传感器的量测温度数据拟合出对应的关系，从而根据各温度传感器的预测值可得到对应每一IGBT芯片和二极管的结温，所以处理单元24计算出来的IGBT模块的结温为每一IGBT芯片和二极管的结温。
较佳地，本发明的结温计算系统还包括装设在IGBT模块的外壳表面的多个温度传感器，该多个温度传感器与更新单元25通信连接，用于实时获取IGBT模块的表面温度并将所获取的温度发送给更新单元25。
更新单元25接收到各温度传感器检测的IGBT模块的表面温度，即为实际温度数据，该IGBT模块为运行中待估算结温的IGBT模块，本发明的结温计算系统在使用时，需将图2所示的基板42罩扣在待估算结温的IGBT模块上，而令各温度传感器与待估算结温的IGBT模块的外壳相紧贴，并实时检测外壳的表面温度。而后更新单元25比对该实际温度数据与对应的温度预测值之间是否相一致，若不一致，则将实际温度数据发送给网络模型建立单元22，网络模型建立单元22依据实际温度数据对式一中的热阻和热容进行重新评估，以更新热阻和热容，进而更新式一，以进行下一个周期的结温计算。本发明的结温计算系统不断地计算IGBT的损耗，不断地估算结温，还不断地修正热容热阻，通过实际温度反映的真实情况来调节热阻热容，以适应热阻热容的动态变化，从而提高了结温的准确性。
又佳地，采集单元23与运行中待估算结温的IGBT模块的驱动模块通信连接，用于接收驱动模块记录的该IGBT模块的当前工作参数，包括有电压电流数据和相应的损耗值。处理单元24根据采集单元23采集的当前工作参数，利用与网络模型建立单元22相同的计算方法计算得出对应的IGBT模块的损耗。
下面对本发明的IGBT模块的结温计算系统计算结温的过程进行说明。
在计算时，将图2所示的多个温度传感器安装在待计算结温的IGBT模块上，用于实时获取IGBT模块表面的实际温度。采集单元23采集该待计算结温的IGBT模块的当前工作参数，处理单元根据当前工作参数计算出该待计算结温的IGBT模块中的IGBT芯片和二极管对应的当前损耗，将各当前损耗代入到热阻热容网络模型中计算出对应的表面温度预测值(也即对应的温度传感器的预测温度)，依据预测值在对应关系中查找出对应的IGBT芯片的结温和二极管的结温，在多个结温中选取置信度较高的结温再取平均值作为结温的计算结果。更新单元25比对预测值与温度传感器检测的实际温度是否相一致，在不一致时，将实际温度发送给网络模型建立单元22，网络模型建立单元22根据实际温度更新热阻热容网络模型中中的热阻和热容。从而本发明的结温计算系统在IGBT模块运行时，不断地计算损耗，不断地计算结温，不断地修正热阻热容以进行下一个周期的结温计算。
下面对本发明提供的IGBT模块的结温计算方法进行说明。
本发明提供的一种IGBT模块的结温计算方法，包括如下步骤：
如图1所示，执行步骤S101，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；接着执行步骤S102；
执行步骤S102，在对IGBT模块进行结温计算时，获取IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出IGBT模块的当前损耗；接着执行步骤S103；
执行步骤S103，将IGBT模块的当前损耗输入热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；接着执行步骤S104；
执行步骤S104，依据IGBT模块表面温度的预测值从IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；接着执行步骤S105；
执行步骤S105，实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，对比实际温度数据与IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用实际温度数据更新热阻热容网络模型中的热容和热阻。在更新热阻和热容之后，再进行下一步的S103，形成计算的不断迭代和更新。
本发明中的步骤S101为获取结温计算基础数据的步骤，是在对IGBT模块进行结温估算之前进行的，其中得到的IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系和热阻热容网络模型作为后续计算结温的基础。本发明的计算方法克服了传统估算方式中参数无法适应实际工况的不足，本发明以IGBT模块的实际温度数据为基础，实现了对热阻热容网络模型中的热容和热阻动态调整，很好地体现了热容和热阻的动态变化，大大提升了结温计算结果的准确性。本发明的结温计算部分与现有传统估算方式相比，形成了一个独立的个体，其与IGBT模块的使用场景和内部控制算法均无关。
作为本发明的一较佳实施方式，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系的步骤，包括：
提供一第一IGBT模块，将第一IGBT模块的上壳体打开以露出其内的IGBT芯片和二极管；
控制第一IGBT模块运行，并记录对应的电压电流参数，同时利用热成像仪记录IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据；
提供一第二IGBT模块，于第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器；该第二IGBT模块与第一IGBT模块的结构相同；
控制第二IGBT模块在与第一IGBT模块相同的工况下运行，并通过各温度传感器记录第二IGBT模块的表面温度形成多个量测温度数据；
将原始温度数据与多个量测温度数据经数据拟合得到IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系。
其中利用热成像仪记录IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据时，利用热成像仪测量多组IGBT模块内部的IGBT芯片和二极管在不同电压电流下的温度，并记录形成对应的原始温度数据。
较佳地，于第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器所形成的结构如图2所示，将温度传感器41间隔的布设在一基板42上，在基板42上还设有用于安装温度传感器41的传感器PCB板，该基板42的形状与第二IGBT模块30的外壳31的形状相适配，基板42罩扣于第二IGBT模块30的外壳31上，且各温度传感器41紧贴于第二IGBT模块30的外壳31上，通过各温度传感器41检测第二IGBT模块30运行时外壳31的表面温度。
温度传感器记录形成的量测温度数据和热成像仪记录的原始温度数据间存在一定的关系，两个数据是在相同工况下获得的，将热成像仪记录的原始温度数据作为IGBT模块结温原始数据，将原始温度数据与量测温度数据经过数据拟合，即可得到IGBT模块结温与各传感器的量测温度数据之间的温度变化关系，也即IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系。
作为本发明的另一较佳实施方式，步骤S101依据IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度温度建立热阻热容网络模型中还包括计算对应IGBT模块结温原始数据的IGBT模块的损耗，通过如下方式实现，在第一IGBT模块运行时，记录了流经第一IGBT模块的电压电流数据，根据记录的电压电流数据可计算出IGBT模块中的IGBT芯片和二极管的损耗。具体地，IGBT芯片的损耗和二极管的损耗包括导通损耗和开关损耗，其中的导通损耗等于电压乘以电流，根据记录的电压电流数据计算出导通损耗。开关损耗通过datasheet中每次开关动作的损耗值再根据上述的式二计算得到，而导通损耗与开关损耗之和即为IGBT芯片和二极管的损耗，也即IGBT模块的损耗。
IGBT模块的损耗曲线与各温度传感器的量测温度数据间存在一定的关系，将IGBT模块的损耗与各温度传感器的量测温度数据进行拟合，得出IGBT芯片和二极管的损耗相对于空间分布的各温度传感器直接的热阻热容RC网络，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化，是本时刻的温度相比于上一个时刻的温度变化。式一中温度传感器记录的温度为各温度传感器的量测温度数据，IGBT模块的功率损耗即为IGBT模块的损耗，通过上述两个已知量，可计算出式一中的热阻Ri和热容Ci的大小。
在计算结温时，将IGBT模块的当前损耗代入到式一中，进行温度传感器的温度估算，得到IGBT模块表面温度的预测值，接着利用该预测值在IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应IGBT模块的结温。
进一步地，查找出的对应的IGBT模块的结温有多个，利用置信度选取多个结温中置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。具体地，由于IGBT模块的损耗中的IGBT芯片的损耗和二极管的损耗均可对应得到多个温度传感器的温度预测值，多个温度预测值会对应得到多个IGBT模块的结温，而该多个结温可能存在差异，故而对于多个结温需要进行筛选。对估算出来的结温进行分析，为每一结温设置置信度，根据结温数据集中分布情况给与置信度，数据集中密集范围给与较高的置信度，数据分散的给与较低的置信度，将数据集中密集的结温取出算平均从而得到对应的结温计算结果。
在热成像仪观测时，得到了每一IGBT芯片和二极管的原始温度数据，每一IGBT芯片和二极管的原始温度数据与各温度传感器的量测温度数据拟合出对应的关系，从而根据各温度传感器的预测值可得到对应每一IGBT芯片和二极管的结温，所以计算出来的IGBT模块的结温为每一IGBT芯片和二极管的结温。
步骤S105中实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，于IGBT模块的外壳表面装设多个温度传感器，利用多个温度传感器实时检测IGBT模块的表面实际温度。较佳地，可选用图2所示的基板42和多个温度传感器41连接的结构，将该结构罩扣在待估算结温的IGBT模块上，而令各温度传感器与待估算结温的IGBT模块的外壳相紧贴，并实时检测外壳的表面温度。在实际温度数据与温度预测值不一致时，利用实际温度数据对式一中的热阻和热容进行重新评估，以更新热阻和热容，进而更新式一，以进行下一个周期的结温计算。本发明的结温计算方法不断地计算IGBT的损耗，不断地估算结温，还不断地修正热容热阻，通过实际温度反映的真实情况来调节热阻热容，以适应热阻热容的动态变化，从而提高了结温的准确性。
步骤S102中获取IGBT模块的当前工作参数，可通过与该待测结温的IGBT模块的驱动模块通信连接，从该驱动模块处直接读取所需的当前工作参数，包括电压电流数据和相应的损耗值。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系，依据IGBT模块的损耗与所述IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；
在对IGBT模块进行结温计算时，获取所述IGBT模块的当前工作参数，依据当前工作参数计算出所述IGBT模块的当前损耗；
将所述IGBT模块的当前损耗输入所述热阻热容网络模型以获得对应的IGBT模块表面温度的预测值；
依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温：以及
实时获取IGBT模块的表面实际温度数据，对比所述实际温度数据与所述IGBT模块表面温度的预测值是否一致，若不一致，则利用所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。
2.如权利要求1所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，初始时，建立IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系的步骤，包括：
提供一第一IGBT模块，将所述第一IGBT模块的上壳体打开以露出其内的IGBT芯片和二极管；
控制所述第一IGBT模块运行，并记录对应的电压电流参数，同时利用热成像仪记录所述IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据；
提供一第二IGBT模块，于所述第二IGBT模块的外壳上装设多个温度传感器；
控制所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行，并通过各所述温度传感器记录所述第二IGBT模块的表面温度形成多个量测温度数据；
将所述原始温度数据与多个所述量测温度数据经数据拟合得到所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系。
3.如权利要求2所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。
4.如权利要求2所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，查找出的对应的IGBT模块的结温有多个，选取多个结温中置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。
5.如权利要求1所述IGBT模块的结温计算方法，其特征在于，实时获取IGBT模块的表面实际温度数据的步骤包括：
于所述IGBT模块的外壳表面装设多个温度传感器，通过所装设的多个温度传感器实时获取所述IGBT模块的表面温度。
6.一种IGBT模块的结温计算系统，其特征在于，包括：
温度关系建立单元，用于在初始时，建立IGBT模块结温原始数据与IGBT模块表面温度的对应关系；
网络模型建立单元，与所述温度关系建立单元连接，用于在初始时，计算出所述IGBT模块的损耗，并根据所述IGBT模块的损耗与IGBT模块表面温度建立热阻热容网络模型；
采集单元，用于在对IGBT模块进行结温计算时，采集所述IGBT模块的当前工作参数；
处理单元，与所述温度关系建立单元、所述网络模型建立单元以及所述采集单元连接，所述处理单元用于依据所述采集单元采集的当前工作参数计算出IGBT模块的当前损耗，并根据所述热阻热容网络模型计算得出对应所述IGBT模块的当前损耗的IGBT模块表面温度的预测值，再依据所述IGBT模块表面温度的预测值从所述IGBT模块结温原始数据与所述IGBT模块表面温度的对应关系中查找出对应的IGBT模块的结温；以及
更新单元，所述网络模型建立单元和所述处理单元连接，用于实时获取IGBT模块的表面温度作为实际温度数据，还用于对比所述IGBT模块表面温度的预测值与所述实际温度数据，在对比结果为不一致时，则将所述实际温度数据发送给所述网络模型建立单元以通过所述实际温度数据更新所述热阻热容网络模型中的热容和热阻。
7.如权利要求6所述的结温计算系统，其特征在于，还包括与所述温度关系建立单元连接的热成像仪和多个温度传感器；
所述热成像仪用于实时记录一第一IGBT模块运行时的IGBT芯片和二极管的温度形成原始温度数据，并将所述原始温度数据发送给所述温度关系建立单元；
多个所述温度传感器装设于一第二IGBT模块的外壳上，用于记录所述第二IGBT模块在与所述第一IGBT模块相同的工况下运行时的表面温度形成多个量测温度数据，并将所述量测温度数据发送给温度关系建立单元。
8.如权利要求7所述的结温计算系统，其特征在于，所建立热阻热容网络模型通过如下公式表示：
式一中，Ci为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热容，Pi为对应的IGBT模块的功率损耗，Ti为温度传感器记录的温度；Ri为第i个温度传感器和IGBT模块之间的热阻，n为离散算法的计算周期，ΔT为温度的变化。
9.权利要求7所述的结温计算系统，其特征在于，所述处理单元还用于对查找出的多个IGBT模块的结温，通过置信度选取出置信度较高的结温，并取平均值作为IGBT模块的结温计算结果。
10.权利要求6所述的结温计算系统，其特征在于，还包括装设在所述IGBT模块的外壳表面的多个温度传感器，所述的多个温度传感器与所述更新单元通信连接，用于实时获取所述IGBT模块的表面温度并将所获取的温度发送给所述更新单元。
CN201910409536.1A 2019-05-16 2019-05-16 Igbt模块的结温计算方法及系统 Active CN110133466B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910409536.1A CN110133466B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 Igbt模块的结温计算方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910409536.1A CN110133466B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 Igbt模块的结温计算方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110133466A true CN110133466A (zh) 2019-08-16
CN110133466B CN110133466B (zh) 2021-08-17

Family

ID=67574687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910409536.1A Active CN110133466B (zh) 2019-05-16 2019-05-16 Igbt模块的结温计算方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110133466B (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110502842A (zh) * 2019-08-26 2019-11-26 阳光电源股份有限公司 功率半导体模块的热模型建模方法及其应用方法和装置
CN111767673A (zh) * 2020-05-19 2020-10-13 东莞南方半导体科技有限公司 Igbt结温测量方法、装置、计算机设备及存储介质
CN114006353A (zh) * 2021-11-05 2022-02-01 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Igbt结温识别方法及空调机组
CN116484777A (zh) * 2023-06-19 2023-07-25 湖南大学 热网络模型建模及芯片温度计算方法、设备及存储介质
CN113074834B (zh) * 2021-04-01 2023-10-17 臻驱科技（上海）有限公司 电机控制器的母线电容热模型建模系统和在线估算节温的温度检测方法
CN116992819A (zh) * 2023-09-25 2023-11-03 江西五十铃汽车有限公司 一种igbt结温估算方法及系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104732006A (zh) * 2014-12-31 2015-06-24 国家电网公司 一种igbt模块的稳态温度计算方法
CN109186795A (zh) * 2018-09-07 2019-01-11 江苏中科君芯科技有限公司 Igbt模块壳温的估算方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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
CN104732006A (zh) * 2014-12-31 2015-06-24 国家电网公司 一种igbt模块的稳态温度计算方法
CN104732006B (zh) * 2014-12-31 2019-02-15 国家电网公司 一种igbt模块的稳态温度计算方法
CN109186795A (zh) * 2018-09-07 2019-01-11 江苏中科君芯科技有限公司 Igbt模块壳温的估算方法

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110502842A (zh) * 2019-08-26 2019-11-26 阳光电源股份有限公司 功率半导体模块的热模型建模方法及其应用方法和装置
CN110502842B (zh) * 2019-08-26 2023-05-30 阳光电源股份有限公司 功率半导体模块的热模型建模方法及其应用方法和装置
CN111767673A (zh) * 2020-05-19 2020-10-13 东莞南方半导体科技有限公司 Igbt结温测量方法、装置、计算机设备及存储介质
CN113074834B (zh) * 2021-04-01 2023-10-17 臻驱科技（上海）有限公司 电机控制器的母线电容热模型建模系统和在线估算节温的温度检测方法
CN114006353A (zh) * 2021-11-05 2022-02-01 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Igbt结温识别方法及空调机组
CN114006353B (zh) * 2021-11-05 2024-01-30 珠海格力节能环保制冷技术研究中心有限公司 Igbt结温识别方法及空调机组
CN116484777A (zh) * 2023-06-19 2023-07-25 湖南大学 热网络模型建模及芯片温度计算方法、设备及存储介质
CN116484777B (zh) * 2023-06-19 2023-10-13 湖南大学 热网络模型建模及芯片温度计算方法、设备及存储介质
CN116992819A (zh) * 2023-09-25 2023-11-03 江西五十铃汽车有限公司 一种igbt结温估算方法及系统
CN116992819B (zh) * 2023-09-25 2024-01-26 江西五十铃汽车有限公司 一种igbt结温估算方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN110133466B (zh) 2021-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110133466A (zh) Igbt模块的结温计算方法及系统
US11215657B2 (en) Real-time online prediction method for dynamic junction temperature of semiconductor power device
AU2020300996B2 (en) Apparatus, systems, and methods for non-invasive thermal interrogation
CN102782512B (zh) 电源装置及控制器
CN102297735B (zh) 标准恒温槽触摸屏智能测控及自动计量检测系统
CN106037676B (zh) 体温测量方法和装置
Kalker et al. Reviewing thermal-monitoring techniques for smart power modules
CN110133465A (zh) Igbt模块结温的计算方法及系统
CN101360983B (zh) 温度推定方法及装置
CN108534346B (zh) 一种燃气热水器控制方法及燃气热水器
CN110271158A (zh) 一种模具中目标区域温度获取方法、控制方法及系统
CN108614005B (zh) 一种基于多层复合材料的热物性参数的测试方法及系统
CN108691797B (zh) 一种散热风扇调速控制装置及方法
CN108663650B (zh) 电能表现场校验装置及方法
CN104729748B (zh) 用于确定移动设备的环境温度的方法
CN110082660A (zh) 基于卡尔曼滤波器的变流器igbt模块结温估计方法
CN105320178B (zh) 冷却器
CN108896803B (zh) 基于温度补偿的电能表计量精度优化方法
Polom et al. Exploiting distinct thermal response properties for power semiconductor module health monitoring
CN110502842B (zh) 功率半导体模块的热模型建模方法及其应用方法和装置
CN111060798A (zh) 一种mos管自动功率老化测试系统及测试方法
CN106908151B (zh) 多基准相关的双采样检测方法及使用该方法的微测辐射热计
CN110392974A (zh) 温度推测装置以及电气装置
CN209057315U (zh) 一种深度相机测试装置
CN111219780A (zh) 使用房间温度估计来控制加热设备

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