CN111783287A - 三相igbt功率模块的在线结温计算方法 - Google Patents
三相igbt功率模块的在线结温计算方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于半导体制造技术领域，本发明提供了一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，包括建立三相IGBT功率模块的瞬态损耗模型、建立三相IGBT功率模块的热网络模型、热网络模型状态空间方程的离散化、计算损耗和结温等步骤。该发明详细计算了功率模块内部的每个芯片的瞬态损耗并提出了一种高效率的三相功率模块结温计算方式，易于嵌入到数字信号处理器中实现工业领域的功率模块结温在线计算。
Description
技术领域
本发明涉及功率模块的在线结温计算方法，具体是涉及一种高效率的三相IGBT功率模块的在线结温计算方法。
背景技术
随着半导体制造技术和封装技术的迅速发展，功率模块的功率密度迅速增长。由于恶劣的运行环境，功率模块的可靠性引起了广泛的关注。工业研究表明功率模块的多数失效与温度因素相关。结温是功率模块可靠运行的一项重要参数。功率模块的在线结温计算是进行芯片热管理的前提。
目前，功率模块的在线结温计算已经成为功率模块可靠性运行技术的研究热点内容，这既有学术论文对此做了深入的理论分析，也有实际应用的工程方法，如中国发明专利《风电变流器IGBT模块结温在线计算方法》(CN 103956887 B)和《一种绝缘栅双极性晶体管IGBT模块温度求解算法》(CN 105825019 B)。
中国发明专利CN 102930096 B于2016年08月31日公开的《风电变流器IGBT模块结温在线计算方法》，是先建立IGBT模块的损耗模型，然后建立IGBT模块的热网络模型，最后根据结温计算公式实现IGBT模块结温的在线计算。但是专利存在以下不足：
1、专利中没有具体叙述风电变流器的每相各个开关器件的损耗计算方式；
2、专利中没有提出一种高效率的计算方法以同时估计三相IGBT功率模块内部的所有芯片的结温。
中国发明专利CN 105825019 B于2018年10月23日公开的《一种绝缘栅双极性晶体管IGBT模块温度求解算法》，是先建立IGBT模块的损耗模型和Cauer型热网络模型，然后根据从电网络模型检测到的当前迭代周期和上一迭代周期的门极触发信号判断开关器件在当前迭代周期所处的状态，接着计算出开关器件的功率损耗，最后求解出IGBT模块温度。但是专利存在以下不足：
1、专利中需要结合门极触发信号判断开关器件的状态，增加了结温求解算法的复杂度；
2、专利中提出的结温计算方法涉及迭代过程，需要满足收敛条件，适合于结温的仿真计算而不适合结温的在线实时计算。
发明内容
本发明要解决的问题为上述方案的不足，即提供一种详细的损耗计算方式和一种高效率的三相IGBT功率模块的在线结温计算方法。
本发明的目的是这样实现的，本发明提供了一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，所述IGBT功率模块的开关器件包括两类：IGBT类开关器件和Diode类开关器件；所述三相IGBT功率模块包括a相、b相和c相，将a相、b相和c相中的任意一相记为x相，x相中包括上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx，x＝a,b,c；
本在线结温计算方法包括以下步骤：
步骤1，建立三相IGBT功率模块的瞬态损耗模型
步骤1.1，分别建立上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型和下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型；
上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_UAx为上桥臂开关器件IGBT_UAx的结温，T1为选定的第一个结温，T2为选定的第二个结温，rIGBT(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的正向电阻，rIGBT(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rIGBT(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的正向电阻，vCE0(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的阈值电压，vCE0(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vCE0(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的阈值电压，vCEx(TIGBT_UAx,ix)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的导通压降，ix为x相的电流；
下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_LAx为下桥臂开关器件IGBT_LAx的结温，rIGBT(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的正向电阻，vCE0(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的阈值电压，vCEx(TIGBT_LAx,ix)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的导通压降；
上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_UAx为上桥臂开关器件Diode_UAx的结温，rDiode(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的正向电阻，rDiode(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rDiode(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的正向电阻，vT0(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的阈值电压，vT0(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vT0(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的阈值电压，vTx(TDiode_UAx,ix)为上桥臂开关器件Diode_UAx的导通压降；
下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_LAx为下桥臂开关器件Diode_LAx的结温，rDiode(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的正向电阻，vT0(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的阈值电压，vTx(TDiode_LAx,ix)为下桥臂开关器件Diode_LAx的导通压降；
步骤1.2，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态导通损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态导通损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态导通损耗
和下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态导通损耗
其计算式如下：
其中，dx为x相的占空比；
步骤1.3，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态开关损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态开关损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态开关损耗
和下桥臂开关器件的Diode_LAx瞬态开关损耗
其计算式如下：
其中，fsw为开关频率，U为直流母线电压，U*为基准电压，T*为基准温度，kU1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的温度修正系数，kU2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的温度修正系数，p0为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数，p1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,p2为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流2次修正系数，q0为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数,q1为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,q2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的的电流2次修正系数；
步骤1.4，建立上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态损耗
的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗
的模型，其表达式如下：
步骤2，建立三相IGBT功率模块的热网络模型
步骤2.1热网络模型的设定
将三相IGBT功率模块的x相的热网络模型记为热网络模型Fx，热网络模型Fx包括热网络模型Fx1、热网络模型Fx2、热网络模型Fx3和热网络模型Fx4；
所述热网络模型Fx1为上桥臂开关器件IGBT_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx2为上桥臂开关器件Diode_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx3为下桥臂开关器件IGBT_LAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx4为下桥臂开关器件Diode_LAx到温度参考点s之间的热网络模型；
热网络模型Fx1为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx1的第i个热阻记为
i为热阻的序号，热网络模型Fx1的第j个热容记为
j为热容的序号，热网络模型Fx1的第j个热容
两侧的温度差记为
温度参考点s的温度记为Ts；
热网络模型Fx2为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx2的第i个热阻记为
热网络模型Fx2的第j个热容记为
热网络模型Fx2的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx3为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx3的第i个热阻记为
热网络模型Fx3的第j个热容记为
热网络模型Fx3的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx4为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx4的第i个热阻记为
热网络模型Fx4的第j个热容记为
热网络模型Fx4的第j个热容
两侧的温度差记为
步骤2.2，建立热网络模型Fx的状态空间方程，表达式如下：
其中，t是时间，Ax为x相的系统矩阵，Bx为x相的输入矩阵，Cx为x相的输出矩阵，Dx为x相的传输矩阵，Dx＝[1 1 1 1]T；
Tx为x相的温差矩阵，其表达式为：
Toutx为x相的温度输出矩阵，其表达式为：
Toutx＝[TIGBT_UAx TDiode_UAx TIGBT_LAx TDiode_LAx]T
Ux为x相的输入向量矩阵，其表达式为：
步骤3，热网络模型Fx的状态空间方程的离散化
热网络模型Fx的状态空间方程的离散形式如下：
其中，
为离散形式的x相的系统矩阵且
为离散形式的x相的输入矩阵，
为离散形式的x相的输出矩阵且
为离散形式的x相的传输矩阵
Ux(k)为第k个离散采样周期的x相的输入向量矩阵，Tx(k)为第k个离散采样周期的x相的温差矩阵，Tx(k+1)为第(k+1)个离散采样周期的x相的温差矩阵，Toutx(k)为第k个离散采样周期的x相的温度输出矩阵，Ts(k)为第k个离散采样周期的温度参考点s的温度；
步骤4，计算损耗和结温
以三个离散采样周期为一个在线计算周期对开关器件的损耗和结温进行循环计算，其中，一个在线计算周期的具体计算步骤如下：
步骤4.1，第k个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第k个离散采样周期的a相的电流ia(k)、第k个离散采样周期的a相的占空比da(k)、第k个离散采样周期的直流母线电压U(k)，第k个离散采样周期的开关频率fsw(k)，第k个离散采样周期的温度参考点s的温度Ts(k)，并提取第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)；
利用式(1)至式(7)计算得到第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)，由式(9)计算得到第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)；
将第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)，将第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k)、输入向量矩阵Ub(k)和输入向量矩阵Uc(k)记为输入向量矩阵Ux(k)，通过输入向量矩阵Ux(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k)、温度输出矩阵Toutb(k)、温度输出矩阵Toutc(k)记为温度输出矩阵Toutx(k)，通过温度输出矩阵Toutx(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温；
步骤4.2，第(k+1)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+1)个离散采样周期的b相的电流ib(k+1)、b相的占空比db(k+1)，直流母线电压U(k+1)，开关频率fsw(k+1)，温度参考点s的温度Ts(k+1)；
在第(k+1)个离散采样周期内，由式(1)至式(7)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)，由式(9)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+1)；
将第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+1)，将第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+1)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k+1)、输入向量矩阵Ub(k+1)和输入向量矩阵Uc(k+1)记为输入向量矩阵Ux(k+1)，通过输入向量矩阵Ux(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+1)、温度输出矩阵Toutb(k+1)、温度输出矩阵Toutc(k+1)记为温度输出矩阵Toutx(k+1)，通过温度输出矩阵Toutx(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温；
步骤4.3，第(k+2)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+2)个离散采样周期的c相的电流ic(k+2)、c相的占空比dc(k+2)，直流母线电压U(k+2)，开关频率fsw(k+2)，温度参考点s的温度Ts(k+2)；
由式(1)至式(7)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+2)，由式(9)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+2)；
将第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+2)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k+2)、输入向量矩阵Ub(k+2)和输入向量矩阵Uc(k+2)记为输入向量矩阵Ux(k+2)，通过输入向量矩阵Ux(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+2)、温度输出矩阵Toutb(k+2)和温度输出矩阵Toutc(k+2)记为温度输出矩阵Toutx(k+2),则通过温度输出矩阵Toutx(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx的结温。
优选地，x相的系统矩阵Ax的表达式为：
优选地，x相的输入矩阵Bx的表达式为：
优选地，x相的输出矩阵Cx的表达式为：
本发明提供的三相IGBT功率模块的在线结温计算方法实现了在不占用大量计算资源的前提下，实现了快速计算功率模块内部所有开关器件的结温，与现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1)详细计算了功率模块内部的每个开关器件的瞬态损耗；
2)提出了一种高效率的功率模块结温计算方式，易于嵌入到数字信号处理器中实现工业领域的功率模块结温在线计算。
附图说明
图1为本发明三相IGBT功率模块的在线结温计算方法的流程框图。
图2为本发明涉及的三相IGBT功率模块的电路原理图。
图3为本发明实施例中的x相的热网络模型结构图。
图4为实验中在线计算的下桥臂开关器件Diode_LAa的瞬态损耗
曲线图。
图5为实验中在线计算的下桥臂开关器件Diode_LAa的结温TDiode_LAa和实验测量的下桥臂开关器件Diode_LAa的结温。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。
图2为本发明涉及的三相IGBT功率模块的电路原理图。由该图可见，本发明涉及的IGBT功率模块的开关器件包括两类：IGBT类开关器件和Diode类开关器件；本发明涉及的三相IGBT功率模块包括a相、b相和c相，将a相、b相和c相中的任意一相记为x相，x相中包括上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx，x＝a,b,c。
图1为本发明三相IGBT功率模块的在线结温计算方法的流程框图。由该图可见，本在线结温计算方法包括以下步骤：
步骤1，建立三相IGBT功率模块的瞬态损耗模型
步骤1.1，分别建立上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型和下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型。
上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_UAx为上桥臂开关器件IGBT_UAx的结温，T1为选定的第一个结温，T2为选定的第二个结温，rIGBT(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的正向电阻，rIGBT(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rIGBT(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的正向电阻，vCE0(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的阈值电压，vCE0(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vCE0(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的阈值电压，vCEx(TIGBT_UAx,ix)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的导通压降，ix为x相的电流。
下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_LAx为下桥臂开关器件IGBT_LAx的结温，rIGBT(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的正向电阻，vCE0(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的阈值电压，vCEx(TIGBT_LAx,ix)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的导通压降。
上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_UAx为上桥臂开关器件Diode_UAx的结温，rDiode(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的正向电阻，rDiode(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rDiode(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的正向电阻，vT0(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的阈值电压，vT0(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vT0(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的阈值电压，vTx(TDiode_UAx,ix)为上桥臂开关器件Diode_UAx的导通压降。
下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_LAx为下桥臂开关器件Diode_LAx的结温，rDiode(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的正向电阻，vT0(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的阈值电压，vTx(TDiode_LAx,ix)为下桥臂开关器件Diode_LAx的导通压降。
步骤1.2，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态导通损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态导通损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态导通损耗
和下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态导通损耗
其计算式如下：
其中，dx为x相的占空比。
步骤1.3，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态开关损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态开关损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态开关损耗
和下桥臂开关器件的Diode_LAx瞬态开关损耗
其计算式如下：
其中，fsw为开关频率，U为直流母线电压，U*为基准电压，T*为基准温度，kU1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的温度修正系数，kU2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的温度修正系数，p0为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数，p1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,p2为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流2次修正系数，q0为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数,q1为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,q2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的的电流2次修正系数。
步骤1.4，建立上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态损耗
的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗
的模型，其表达式如下：
在本实施例中，T1＝25℃，T2＝175℃，
vCE0(T1)＝0.82V，vCE0(T2)＝0.7V，
vT0(T1)＝1.1V，vT0(T2)＝1.0V，U*＝200V，T*＝50℃，kU1＝0.84，kT1＝0.001，kU2＝1.0396，kT2＝0.001，p0＝0.3116，p1＝0.3116，p2＝2.06×10-5q0＝0.1392，q1＝0.0100，q2＝-6.81×10-6。
步骤2，建立三相IGBT功率模块的热网络模型
步骤2.1热网络模型的设定
将三相IGBT功率模块的x相的热网络模型记为热网络模型Fx，热网络模型Fx包括热网络模型Fx1、热网络模型Fx2、热网络模型Fx3和热网络模型Fx4。
所述热网络模型Fx1为上桥臂开关器件IGBT_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx2为上桥臂开关器件Diode_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx3为下桥臂开关器件IGBT_LAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx4为下桥臂开关器件Diode_LAx到温度参考点s之间的热网络模型。
热网络模型Fx1为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx1的第i个热阻记为
i为热阻的序号，热网络模型Fx1的第j个热容记为
j为热容的序号，热网络模型Fx1的第j个热容
两侧的温度差记为
温度参考点s的温度记为Ts。
热网络模型Fx2为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx2的第i个热阻记为
热网络模型Fx2的第j个热容记为
热网络模型Fx2的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx3为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx3的第i个热阻记为
热网络模型Fx3的第j个热容记为
热网络模型Fx3的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx4为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx4的第i个热阻记为
热网络模型Fx4的第j个热容记为
热网络模型Fx4的第j个热容
两侧的温度差记为
图3给出了本实施例中x相的热网络模型的结构。由该图可见，在本实施例中，热网络模型Fx1、热网络模型Fx2、热网络模型Fx3和热网络模型Fx4均为3阶Foster型热网络模型。
步骤2.2，建立热网络模型Fx的状态空间方程，表达式如下：
其中，t是时间，Dx为x相的传输矩阵，Dx＝[1 1 1 1]T；
Ax为x相的系统矩阵，其表达式为：
Bx为x相的输入矩阵，其表达式为：
Cx为x相的输出矩阵，其表达式为：
Tx为x相的温差矩阵，其表达式为：
Toutx为x相的温度输出矩阵，其表达式为：
Toutx＝[TIGBT_UAx TDiode_UAx TIGBT_LAx TDiode_LAx]T
Ux为x相的输入向量矩阵，其表达式为：
步骤3，热网络模型Fx的状态空间方程的离散化
热网络模型Fx的状态空间方程的离散形式如下：
其中，
为离散形式的x相的系统矩阵且
为离散形式的x相的输入矩阵，
为离散形式的x相的输出矩阵且
为离散形式的x相的传输矩阵
Ux(k)为第k个离散采样周期的x相的输入向量矩阵，Tx(k)为第k个离散采样周期的x相的温差矩阵，Tx(k+1)为第(k+1)个离散采样周期的x相的温差矩阵，Toutx(k)为第k个离散采样周期的x相的温度输出矩阵，Ts(k)为第k个离散采样周期的温度参考点s的温度。
步骤4，计算损耗和结温
以三个离散采样周期为一个在线计算周期对开关器件的损耗和结温进行循环计算，其中，一个在线计算周期的具体计算步骤如下：
步骤4.1，第k个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第k个离散采样周期的a相的电流ia(k)、第k个离散采样周期的a相的占空比da(k)、第k个离散采样周期的直流母线电压U(k)，第k个离散采样周期的开关频率fsw(k)，第k个离散采样周期的温度参考点s的温度Ts(k)，并提取第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)。
利用式(1)至式(7)计算得到第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)，由式(9)计算得到第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)。
将第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)，将第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)。
将得到的输入向量矩阵Ua(k)、输入向量矩阵Ub(k)和输入向量矩阵Uc(k)记为输入向量矩阵Ux(k)，通过输入向量矩阵Ux(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k)、温度输出矩阵Toutb(k)、温度输出矩阵Toutc(k)记为温度输出矩阵Toutx(k)，通过温度输出矩阵Toutx(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温。
步骤4.2，第(k+1)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+1)个离散采样周期的b相的电流ib(k+1)、b相的占空比db(k+1)，直流母线电压U(k+1)，开关频率fsw(k+1)，温度参考点s的温度Ts(k+1)。
在第(k+1)个离散采样周期内，由式(1)至式(7)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)，由式(9)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+1)。
将第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+1)，将第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+1)。
将得到的输入向量矩阵Ua(k+1)、输入向量矩阵Ub(k+1)和输入向量矩阵Uc(k+1)记为输入向量矩阵Ux(k+1)，通过输入向量矩阵Ux(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+1)、温度输出矩阵Toutb(k+1)、温度输出矩阵Toutc(k+1)记为温度输出矩阵Toutx(k+1)，通过温度输出矩阵Toutx(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温。
步骤4.3，第(k+2)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+2)个离散采样周期的c相的电流ic(k+2)、c相的占空比dc(k+2)，直流母线电压U(k+2)，开关频率fsw(k+2)，温度参考点s的温度Ts(k+2)。
由式(1)至式(7)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+2)，由式(9)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+2)。
将第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+2)。
将得到的输入向量矩阵Ua(k+2)、输入向量矩阵Ub(k+2)和输入向量矩阵Uc(k+2)记为输入向量矩阵Ux(k+2)，通过输入向量矩阵Ux(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+2)、温度输出矩阵Toutb(k+2)和温度输出矩阵Toutc(k+2)记为温度输出矩阵Toutx(k+2),则通过温度输出矩阵Toutx(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx的结温。
为了验证本发明的有效性，对本发明进行了实验验证。图4为实验中在线计算的下桥臂开关器件Diode_LAa的瞬态损耗
曲线图。图5为实验中在线计算的下桥臂开关器件Diode_LAa的结温TDiode_LAa和实验测量的下桥臂开关器件Diode_LAa的结温，由图5可见，二者吻合度高，最大误差不超过5％。
Claims (4)
1.一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，所述IGBT功率模块的开关器件包括两类：IGBT类开关器件和Diode类开关器件；所述三相IGBT功率模块包括a相、b相和c相，将a相、b相和c相中的任意一相记为x相，x相中包括上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx，x＝a,b,c；
其特征在于，本在线结温计算方法包括以下步骤：
步骤1，建立三相IGBT功率模块的瞬态损耗模型
步骤1.1，分别建立上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型和下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型；
上桥臂开关器件IGBT_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_UAx为上桥臂开关器件IGBT_UAx的结温，T1为选定的第一个结温，T2为选定的第二个结温，rIGBT(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的正向电阻，rIGBT(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rIGBT(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的正向电阻，vCE0(TIGBT_UAx)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的阈值电压，vCE0(T1)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vCE0(T2)为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个在结温等于选定的第二个结温T2时的阈值电压，vCEx(TIGBT_UAx,ix)为上桥臂开关器件IGBT_UAx的导通压降，ix为x相的电流；
下桥臂开关器件IGBT_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TIGBT_LAx为下桥臂开关器件IGBT_LAx的结温，rIGBT(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的正向电阻，vCE0(TIGBT_LAx)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的阈值电压，vCEx(TIGBT_LAx,ix)为下桥臂开关器件IGBT_LAx的导通压降；
上桥臂开关器件Diode_UAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_UAx为上桥臂开关器件Diode_UAx的结温，rDiode(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的正向电阻，rDiode(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的正向电阻，rDiode(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的正向电阻，vT0(TDiode_UAx)为上桥臂开关器件Diode_UAx的阈值电压，vT0(T1)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T1时的阈值电压，vT0(T2)为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个在结温等于选定的第一个结温T2时的阈值电压，vTx(TDiode_UAx,ix)为上桥臂开关器件Diode_UAx的导通压降；
下桥臂开关器件Diode_LAx导通压降的模型的表达式如下：
其中，TDiode_LAx为下桥臂开关器件Diode_LAx的结温，rDiode(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的正向电阻，vT0(TDiode_LAx)为下桥臂开关器件Diode_LAx的阈值电压，vTx(TDiode_LAx,ix)为下桥臂开关器件Diode_LAx的导通压降；
步骤1.2，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态导通损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态导通损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态导通损耗
和下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态导通损耗
其计算式如下：
其中，dx为x相的占空比；
步骤1.3，分别求解上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态开关损耗
上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态开关损耗
下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态开关损耗
和下桥臂开关器件的Diode_LAx瞬态开关损耗
其计算式如下：
其中，fsw为开关频率，U为直流母线电压，U*为基准电压，T*为基准温度，kU1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的温度修正系数，kU2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电压修正系数，kT2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的温度修正系数，p0为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数，p1为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,p2为IGBT功率模块中的所有IGBT类开关器件中的任一个的开关损耗的电流2次修正系数，q0为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流0次修正系数,q1为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的电流1次修正系数,q2为IGBT功率模块中的所有Diode类开关器件中的任一个的开关损耗的的电流2次修正系数；
步骤1.4，建立上桥臂开关器件IGBT_UAx的瞬态损耗
的模型、上桥臂开关器件Diode_UAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件IGBT_LAx的瞬态损耗
的模型、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗
的模型，其表达式如下：
步骤2，建立三相IGBT功率模块的热网络模型
步骤2.1热网络模型的设定
将三相IGBT功率模块的x相的热网络模型记为热网络模型Fx，热网络模型Fx包括热网络模型Fx1、热网络模型Fx2、热网络模型Fx3和热网络模型Fx4；
所述热网络模型Fx1为上桥臂开关器件IGBT_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx2为上桥臂开关器件Diode_UAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx3为下桥臂开关器件IGBT_LAx到温度参考点s之间的热网络模型，所述热网络模型Fx4为下桥臂开关器件Diode_LAx到温度参考点s之间的热网络模型；
热网络模型Fx1为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx1的第i个热阻记为
i为热阻的序号，热网络模型Fx1的第j个热容记为
j为热容的序号，热网络模型Fx1的第j个热容
两侧的温度差记为
温度参考点s的温度记为Ts；
热网络模型Fx2为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx2的第i个热阻记为
热网络模型Fx2的第j个热容记为
热网络模型Fx2的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx3为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx3的第i个热阻记为
热网络模型Fx3的第j个热容记为
热网络模型Fx3的第j个热容
两侧的温度差记为
热网络模型Fx4为n阶Foster型热网络模型，热网络模型Fx4的第i个热阻记为
热网络模型Fx4的第j个热容记为
热网络模型Fx4的第j个热容
两侧的温度差记为
步骤2.2，建立热网络模型Fx的状态空间方程，表达式如下：
其中，t是时间，Ax为x相的系统矩阵，Bx为x相的输入矩阵，Cx为x相的输出矩阵，Dx为x相的传输矩阵，Dx＝[1 1 1 1]T；
Tx为x相的温差矩阵，其表达式为：
Toutx为x相的温度输出矩阵，其表达式为：
Toutx＝[TIGBT_UAx TDiode_UAx TIGBT_LAx TDiode_LAx]T
Ux为x相的输入向量矩阵，其表达式为：
步骤3，热网络模型Fx的状态空间方程的离散化
热网络模型Fx的状态空间方程的离散形式如下：
其中，
为离散形式的x相的系统矩阵且
为离散形式的x相的输入矩阵，
为离散形式的x相的输出矩阵且
为离散形式的x相的传输矩阵
Ux(k)为第k个离散采样周期的x相的输入向量矩阵，Tx(k)为第k个离散采样周期的x相的温差矩阵，Tx(k+1)为第(k+1)个离散采样周期的x相的温差矩阵，Toutx(k)为第k个离散采样周期的x相的温度输出矩阵，Ts(k)为第k个离散采样周期的温度参考点s的温度；
步骤4，计算损耗和结温
以三个离散采样周期为一个在线计算周期对开关器件的损耗和结温进行循环计算，其中，一个在线计算周期的具体计算步骤如下：
步骤4.1，第k个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第k个离散采样周期的a相的电流ia(k)、第k个离散采样周期的a相的占空比da(k)、第k个离散采样周期的直流母线电压U(k)，第k个离散采样周期的开关频率fsw(k)，第k个离散采样周期的温度参考点s的温度Ts(k)，并提取第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)、第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)；
利用式(1)至式(7)计算得到第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)，由式(9)计算得到第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)；
将第(k-1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)，将第(k-1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)，将第(k-1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k-1)的值赋值给第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k)、输入向量矩阵Ub(k)和输入向量矩阵Uc(k)记为输入向量矩阵Ux(k)，通过输入向量矩阵Ux(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k)、温度输出矩阵Toutb(k)、温度输出矩阵Toutc(k)记为温度输出矩阵Toutx(k)，通过温度输出矩阵Toutx(k)得到第k个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温；
步骤4.2，第(k+1)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+1)个离散采样周期的b相的电流ib(k+1)、b相的占空比db(k+1)，直流母线电压U(k+1)，开关频率fsw(k+1)，温度参考点s的温度Ts(k+1)；
在第(k+1)个离散采样周期内，由式(1)至式(7)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)，由式(9)计算得到第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+1)；
将第k个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+1)，将第k个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)，将第k个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k)的值赋值给第(k+1)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+1)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k+1)、输入向量矩阵Ub(k+1)和输入向量矩阵Uc(k+1)记为输入向量矩阵Ux(k+1)，通过输入向量矩阵Ux(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+1)、温度输出矩阵Toutb(k+1)、温度输出矩阵Toutc(k+1)记为温度输出矩阵Toutx(k+1)，通过温度输出矩阵Toutx(k+1)得到第(k+1)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的结温；
步骤4.3，第(k+2)个离散采样周期中开关器件损耗和结温状态的计算
采样第(k+2)个离散采样周期的c相的电流ic(k+2)、c相的占空比dc(k+2)，直流母线电压U(k+2)，开关频率fsw(k+2)，温度参考点s的温度Ts(k+2)；
由式(1)至式(7)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的输入向量矩阵Uc(k+2)，由式(9)计算得到第(k+2)个离散采样周期的c相的温度输出矩阵Toutc(k+2)；
将第(k+1)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的输入向量矩阵Ua(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的输入向量矩阵Ub(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+1)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的a相的温度输出矩阵Touta(k+2)，将第(k+1)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k)的值赋值给第(k+2)个离散采样周期的b相的温度输出矩阵Toutb(k+2)；
将得到的输入向量矩阵Ua(k+2)、输入向量矩阵Ub(k+2)和输入向量矩阵Uc(k+2)记为输入向量矩阵Ux(k+2)，通过输入向量矩阵Ux(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx、下桥臂开关器件Diode_LAx的瞬态损耗；将得到的温度输出矩阵Touta(k+2)、温度输出矩阵Toutb(k+2)和温度输出矩阵Toutc(k+2)记为温度输出矩阵Toutx(k+2),则通过温度输出矩阵Toutx(k+2)得到第(k+2)个离散采样周期的上桥臂开关器件IGBT_UAx、上桥臂开关器件Diode_UAx、下桥臂开关器件IGBT_LAx和下桥臂开关器件Diode_LAx的结温。
2.根据权利要求1所述的一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，其特征在于，x相的系统矩阵Ax的表达式为：
3.根据权利要求1所述的一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，其特征在于，x相的输入矩阵Bx的表达式为：
4.根据权利要求1所述的一种三相IGBT功率模块的在线结温计算方法，其特征在于，x相的输出矩阵Cx的表达式为：
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