CN113821946A - 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

Info

Publication number
CN113821946A
CN113821946A CN202110758078.XA CN202110758078A CN113821946A CN 113821946 A CN113821946 A CN 113821946A CN 202110758078 A CN202110758078 A CN 202110758078A CN 113821946 A CN113821946 A CN 113821946A
Authority
CN
China
Prior art keywords
junction temperature
power
average
igbt module
simulation
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.)
Withdrawn
Application number
CN202110758078.XA
Other languages
English (en)
Inventor
侯婷
姬煜轲
何智鹏
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.)
China South Power Grid International Co ltd
Original Assignee
China South Power Grid International 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 China South Power Grid International Co ltd filed Critical China South Power Grid International Co ltd
Priority to CN202110758078.XA priority Critical patent/CN113821946A/zh
Publication of CN113821946A publication Critical patent/CN113821946A/zh
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • 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
    • G06F30/23—Design optimisation, verification or simulation using finite element methods [FEM] or finite difference methods [FDM]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/02—Reliability analysis or reliability optimisation; Failure analysis, e.g. worst case scenario performance, failure mode and effects analysis [FMEA]
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/04—Ageing analysis or optimisation against ageing
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
    • G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质，通过搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗，在结温正常区间内进行参数化扫描，分别拟合出平均功率与结温变化的函数关系、瞬时功率与结温变化的函数关系；通过获得的平均功率/瞬时功率与结温变化的函数关系，的到的芯片的等效电导率；并根据稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT模块的平均结温分布；以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，根据拟合的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，得到功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。该方法能够精准地获得IGBT在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT可靠性。

Description

一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本发明涉及输配电技术领域，尤其涉及一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
功率循环试验是一种基于加速老化思想的可靠性研究以及寿命分析试验，在大容量电力电子器件可靠性评估中起到了关键作用，建立一种高效便捷的功率循环仿真方法，对IGBT模块的可靠性及寿命评估具有重要意义。
目前的国内外研究方法主要依靠瞬态/稳态仿真得到IGBT模块内部热和应力的分布情况，瞬态/稳态仿真由于运算量较稳态而言存在求解过程数据量大，迭代过程难以收敛，耦合过程复杂等问题，成为了研究难点。
发明内容
本发明实施例提供一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质，能够便捷、快速、精准地获得IGBT模块在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT模块的可靠性。
本发明实施例提供一种IGBT模块功率循环仿真方法，所述方法包括：
搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT的平均结温分布；
根据拟合的IGBT瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中 IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
优选地，所述根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系，具体包括：
设置所述IGBT模块的结温Tj为变量，参数化扫描所述IGBT模块的周期内平均损耗和导通时瞬时损耗，得到扫描结果；
对所述扫描结果进行线性拟合，得到平均功率Pav和瞬时功率Pon随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A、Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
作为一种优选方式，所述等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
所述根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算等效电导率，具体包括：
通过焦耳热过程计算模型得到所述IGBT模块内部芯片的发热过程模型：
Figure RE-GDA0003314442680000021
根据所述发热模型和所述内部芯片的等效电阻Re的计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000022
得到与温度直接相关的电导率计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000023
根据拟合的平均功率与结温的函数关系式得到稳态等效电导率；
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系式得到瞬态等效电导率；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
本发明实施例提供一种IGBT模块功率循环仿真方法，通过搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗，在结温正常区间内进行参数化扫描，分别拟合出平均功率与结温变化的函数关系、瞬时功率与结温变化的函数关系；通过获得的平均功率/瞬时功率与结温变化的函数关系，的到的芯片的等效电导率；并根据稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中 IGBT模块的平均结温分布；以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，根据拟合的IGBT模块的瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，得到功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。该方法能够提高仿真精度，精准地获得IGBT在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT可靠性。
本发明另一实施例提供一种IGBT模块功率循环仿真装置，所述装置包括：单周期仿真模块、函数关系拟合模块、等效电导率计算模块、平均结温模块和瞬态结温模块；
所述单周期仿真模块用于搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
所述函数关系拟合模块用于根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
所述等效电导率计算模块用于根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
所述平均结温模块用于根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT的平均结温分布；
所述瞬态结温模块用于根据拟合的IGBT瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
作为一种优选方式，所述函数关系拟合模块具体用于：
设置所述IGBT模块的结温Tj为变量，参数化扫描所述IGBT模块的周期内平均损耗和导通时瞬时损耗，得到扫描结果；
对所述扫描结果进行线性拟合，得到平均功率Pav和瞬时功率Pon随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A、Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
作为一种优选方式，所述等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
所述等效电导率计算模块，具体用于：
通过焦耳热过程计算模型得到所述IGBT模块内部芯片的发热过程模型：
Figure RE-GDA0003314442680000041
根据所述发热模型和所述内部芯片的等效电阻Re的计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000042
得到与温度直接相关的电导率计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000043
根据拟合的平均功率与结温的函数关系式得到稳态等效电导率；
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系式得到瞬态等效电导率；
其中，L为所述内部芯片的厚度，S为所述IGBT模块的内部芯片的总面积， PTcon为器件通态损耗，Ic为内部芯片的流通电流，VCE0为擎柱电压，Re为器件通态等效电阻，Tj为芯片结温。
本发明另一实施例提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述发明实施例所述的IGBT模块功率循环仿真方法。
本发明另一实施例提供了一种存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述发明实施例所述的IGBT模块功率循环仿真方法。
本发明提供一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质，通过搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗，在结温正常区间内进行参数化扫描，分别拟合出平均功率与结温变化的函数关系、瞬时功率与结温变化的函数关系；通过获得的平均功率/瞬时功率与结温变化的函数关系，的到的芯片的等效电导率；并根据稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT模块的平均结温分布；以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，根据拟合的IGBT模块的瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，得到功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。该方法能够提高仿真精度，精准地获得IGBT在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种IGBT模块功率循环仿真方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种IGBT模块功率循环仿真装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，是本发明实施例提供的一种IGBT模块功率循环仿真方法的流程示意图，包括步骤S101～S105：
S101，搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
S102，根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
S103，根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
S104，根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT的平均结温分布；
S105，根据拟合的IGBT瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
在本实施例具体实施时，在ANSYS simplorer中搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗；以结温为变量，对IGBT模块周期内平均损耗和导通时瞬时损耗进行参数化扫描，拟合出平均功率与结温变化的函数关系、以及瞬时功率与结温变化的函数关系；根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，分别计算IGBT 模块内部芯片的等效电导率；基于得到的等效电导率和拟合的平均功率与结温的函数关系，在ANSYS Workbench中建立稳态电热耦合热仿真模型，计算获得功率循环过程中IGBT模块的平均结温分布；
基于得到的等效电导率和拟合的瞬时功率与结温的函数关系，在ANSYSWorkbench中建立瞬态电热耦合仿真模型，以所述稳态电热耦合热仿真模型得到的稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
本发明实施例提供一种IGBT模块功率循环仿真方法，通过搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗，在结温正常区间内进行参数化扫描，分别拟合出平均功率与结温变化的函数关系、瞬时功率与结温变化的函数关系；通过获得的平均功率/瞬时功率与结温变化的函数关系，的到的芯片的等效电导率；并根据稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中 IGBT模块的平均结温分布；以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，根据拟合的IGBT模块的瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，得到功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。该方法能够提高仿真精度，精准地获得IGBT在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT可靠性。
在本发明提供的又一实施例中，所述根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系，具体包括：
设置所述IGBT模块的结温Tj为变量，参数化扫描所述IGBT模块的周期内平均损耗和导通时瞬时损耗，得到扫描结果；
对所述扫描结果进行线性拟合，得到平均功率Pav和瞬时功率Pon随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A、Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
在本实施例具体实施时，在ANSYS simplorer中搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗Pav和瞬时损耗Pon。
设置IGBT结温Tj为变量，对所述IGBT模块的周期平均损耗和导通时瞬时损耗进行参数化扫描，并对扫描结果进行线性拟合，得到平均功率和瞬时功率随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A，Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
通过搭建的功率循环仿真电路模型，并以结温为变量，能够分别得到平均功率随结温变化的函数关系，以及瞬时功率随结温变化的函数关系；得到的平均功率/瞬时功率随结温变化的函数关系能够反应IGBT模块的结温分布和结温变化。
在本发明提供的又一实施例中，所述等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
所述根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算等效电导率，具体包括：
通过焦耳热过程计算模型得到所述IGBT模块内部芯片的发热过程模型：
Figure RE-GDA0003314442680000081
根据所述发热模型和所述内部芯片的等效电阻Re的计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000082
得到与温度直接相关的电导率计算公式
Figure RE-GDA0003314442680000083
根据拟合的平均功率与结温的函数关系式得到稳态等效电导率；
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系式得到瞬态等效电导率；
其中，L为所述内部芯片的厚度，S为所述IGBT模块的内部芯片的总面积， PTcon为器件通态损耗，Ic为内部芯片的流通电流，VCE0为擎柱电压，Re为器件通态等效电阻，Tj为芯片结温。
在本实施例具体实施时，所述内部芯片的等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
将IGBT模块在功率循环中的发热过程模型简化为焦耳热过程计算模型：
Figure RE-GDA0003314442680000084
其中，Re为表征芯片发热的等效电阻，是用于表征IGBT芯片发热情况的等效参量，则
Figure RE-GDA0003314442680000085
设置内部芯片材料电导率与温度相关以反映芯片发热功率随温度分布变化的特性。
根据电阻的计算式，芯片的等效电阻Re可表示为：
Figure RE-GDA0003314442680000086
通过计算得到一个和温度直接相关的芯片电导率
Figure RE-GDA0003314442680000091
根据拟合的平均功率与结温的函数关系，代入芯片电导率公式得到稳态芯片材料等效电导率。
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系，代入芯片电导率公式得到瞬态芯片材料等效电导率。
其中，L为所述内部芯片的厚度，S为所述IGBT模块的内部芯片的总面积， PTcon为器件通态损耗，Ic为内部芯片的流通电流，VCE0为擎柱电压，Re为器件通态等效电阻，Tj为芯片结温。
通过对IGBT模块的焦耳热过程计算模型和等效电阻的等效计算，能够得到芯片的电导率计算公式，通过拟合的平均功率/瞬时功率与结温的函数关系能够分别得到稳态等效电导率和瞬态等效电导率，通过等效电导率能够分别建立电热耦合仿真模型，用于计算IGBT模型的结温分布。
作为一种优选实施例，获取平均结温分布和瞬态结温分布的过程具体为：
基于等效电导率，在ANSYS Workbench中建立稳态电热耦合仿真模型，计算获得功率循环过程中IGBT模块的平均结温分布；
以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，基于等效电导率，在ANSYSWorkbench中建立瞬态电热耦合仿真模型，计算获得功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化。
参见图2所示，是本发明实施例提供的一种IGBT模块功率循环仿真装置的结构示意图，包括：单周期仿真模块、函数关系拟合模块、等效电导率计算模块、平均结温模块和瞬态结温模块；
所述单周期仿真模块用于搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
所述函数关系拟合模块用于根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
所述等效电导率计算模块用于根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
所述平均结温模块用于根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT的平均结温分布；
所述瞬态结温模块用于根据拟合的IGBT瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
需要说明的是，本实施例中的IGBT模块功率循环仿真装置的各个模块的具体功能在上一实施例中已作具体说明，在此不作赘述。
参见图3所示，是本发明实施例提供的一种终端设备的结构示意图。该实施例的终端设备包括：处理器、存储器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，例如IGBT模块功率循环仿真程序。所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各个IGBT模块功率循环仿真方法实施例中的步骤，例如图1 所示的步骤S101～S105。或者，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如IGBT模块功率循环仿真装置的各个模块的功能。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述**装置/终端设备中的执行过程。例如，所述计算机程序可以被分割成：单周期仿真模块、函数关系拟合模块、等效电导率计算模块、平均结温模块和瞬态结温模块，各模块具体功能在此不作赘述。
所述终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，所述示意图仅仅是终端设备的示例，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列 (Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等，所述处理器是所述**装置/终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个**装置/终端设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或模块，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或模块，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述**装置/终端设备的各种功能。所述存储器可主要包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序(比如声音播放功能、图像播放功能等)等；存储数据区可存储根据手机的使用所创建的数据(比如音频数据、电话本等)等。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
其中，所述终端设备集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。
本发明提供一种IGBT模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质，通过搭建功率循环仿真电路模型，仿真得到单周期内IGBT模块平均损耗和瞬时损耗，在结温正常区间内进行参数化扫描，分别拟合出平均功率与结温变化的函数关系、瞬时功率与结温变化的函数关系；通过获得的平均功率/瞬时功率与结温变化的函数关系，的到的芯片的等效电导率；并根据稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT模块的平均结温分布；以稳态电热耦合仿真结果作为温度边界条件，根据拟合的IGBT模块的瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，得到功率循环过程中IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。该方法能够提高仿真精度，精准地获得IGBT在功率循环过程中的热瞬态过程，准确地评估IGBT可靠性。
需说明的是，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的装置实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种IGBT模块功率循环仿真方法，其特征在于，包括：
搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中所述IGBT模块的平均结温分布；
根据拟合的所述IGBT模块的瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中所述IGBT模块的瞬态结温分布及变化情况。
2.如权利要求1所述的IGBT模块功率循环仿真方法，其特征在于，所述根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系，具体包括：
设置所述IGBT模块的结温Tj为变量，参数化扫描所述IGBT模块的周期内平均损耗和导通时瞬时损耗，得到扫描结果；
对所述扫描结果进行线性拟合，得到平均功率Pav和瞬时功率Pon随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A、Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
3.如权利要求1所述的IGBT模块功率循环仿真方法，其特征在于，
所述等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
所述根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算等效电导率，具体包括：
通过焦耳热过程计算模型得到所述IGBT模块内部芯片的发热过程模型：
Figure FDA0003147971690000021
根据所述发热模型和所述内部芯片的等效电阻Re的计算公式
Figure FDA0003147971690000022
得到与温度直接相关的电导率计算公式
Figure FDA0003147971690000023
根据拟合的平均功率与结温的函数关系式得到稳态等效电导率；
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系式得到瞬态等效电导率；
其中，L为所述内部芯片的厚度，S为所述IGBT模块的内部芯片的总面积，PTcon为器件通态损耗，Ic为内部芯片的流通电流，VCE0为擎柱电压，Re为器件通态等效电阻，Tj为芯片结温。
4.一种IGBT模块功率循环仿真装置，其特征在于，所述装置包括：单周期仿真模块、函数关系拟合模块、等效电导率计算模块、平均结温模块和瞬态结温模块；
所述单周期仿真模块用于搭建功率循环仿真电路模型，通过仿真得到单周期内IGBT模块的平均损耗和瞬时损耗；
所述函数关系拟合模块用于根据所述平均损耗和瞬时损耗，以结温为变量，拟合出平均功率与结温变化的函数关系，以及瞬时功率与结温变化的函数关系；
所述等效电导率计算模块用于根据拟合的平均功率与结温变化的函数关系以及拟合的瞬时功率与结温变化的函数关系，计算所述IGBT模块内部芯片的等效电导率；
所述平均结温模块用于根据拟合的平均功率与结温的函数关系和所述等效电导率，建立稳态电热耦合热仿真模型，获得功率循环过程中IGBT的平均结温分布；
所述瞬态结温模块用于根据拟合的IGBT瞬时功率与结温变化的函数关系进行瞬态电热耦合仿真，以所述稳态电热耦合模型的仿真结果作为温度边界条件，得到功率循环过程中IGBT的瞬态结温分布及变化情况。
5.如权利要求4所述的IGBT模块功率循环仿真装置，其特征在于，所述函数关系拟合模块具体用于：
设置所述IGBT模块的结温Tj为变量，参数化扫描所述IGBT模块的周期内平均损耗和导通时瞬时损耗，得到扫描结果；
对所述扫描结果进行线性拟合，得到平均功率Pav和瞬时功率Pon随结温变化的函数关系：Pav＝Kav*Tj+A、Pon＝Kon*Tj+B；
其中，Kav为平均功率拟合系数，Kon为瞬时功率拟合系数，A和B分别为平均功率的线性拟合常数和瞬时功率的线性拟合常数。
6.如权利要求4所述的IGBT模块功率循环仿真装置，其特征在于，所述等效电导率包括稳态等效电导率和瞬态等效电导率；
所述等效电导率计算模块，具体用于：
通过焦耳热过程计算模型得到所述IGBT模块内部芯片的发热过程模型：
Figure FDA0003147971690000031
根据所述发热模型和所述内部芯片的等效电阻Re的计算公式
Figure FDA0003147971690000032
得到与温度直接相关的电导率计算公式
Figure FDA0003147971690000033
根据拟合的平均功率与结温的函数关系式得到稳态等效电导率；
根据拟合的瞬时功率与结温的函数关系式得到瞬态等效电导率；
其中，L为所述内部芯片的厚度，S为所述IGBT模块的内部芯片的总面积，PTcon为器件通态损耗，Ic为内部芯片的流通电流，VCE0为擎柱电压，Re为器件通态等效电阻，Tj为芯片结温。
7.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至3中任意一项所述的IGBT模块功率循环仿真方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至3中任意一项所述的IGBT模块功率循环仿真方法。
CN202110758078.XA 2021-07-05 2021-07-05 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质 Withdrawn CN113821946A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110758078.XA CN113821946A (zh) 2021-07-05 2021-07-05 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110758078.XA CN113821946A (zh) 2021-07-05 2021-07-05 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN113821946A true CN113821946A (zh) 2021-12-21

Family

ID=78924148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110758078.XA Withdrawn CN113821946A (zh) 2021-07-05 2021-07-05 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113821946A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117252036A (zh) * 2023-11-14 2023-12-19 中南大学 基于电-热耦合多物理场的igbt模块疲劳演变方法及系统

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104615842A (zh) * 2014-10-08 2015-05-13 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 一种全桥型模块化多电平换流器功率器件损耗计算方法
CN106443400A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 河北工业大学 一种igbt模块的电‑热‑老化结温计算模型建立方法
CN107025364A (zh) * 2017-05-12 2017-08-08 西安交通大学 一种igbt模块的结温预测方法
CN108680847A (zh) * 2018-05-16 2018-10-19 国网浙江省电力公司舟山供电公司 基于故障电流下的igbt结温的热计算方法
CN109918700A (zh) * 2018-12-04 2019-06-21 中国人民解放军海军工程大学 Igbt多时间尺度结温预测模型建模方法
CN110245414A (zh) * 2019-06-11 2019-09-17 南方电网科学研究院有限责任公司 一种压接式igbt模块多物理场耦合仿真方法
CN110456264A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 大功率器件功率循环试验结温监测方法、装置和系统
US20200050715A1 (en) * 2018-08-09 2020-02-13 Dassault Systemes Simulia Corp. Performance and Accuracy of Stability Explicit Diffusion
CN111125947A (zh) * 2019-12-02 2020-05-08 广东电网有限责任公司 一种压接型igbt热网络模型建模方法和相关装置
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
CN113033032A (zh) * 2020-12-22 2021-06-25 中国人民解放军海军工程大学 热循环条件下功率半导体器件焊料疲劳裂纹扩展仿真方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104615842A (zh) * 2014-10-08 2015-05-13 中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心 一种全桥型模块化多电平换流器功率器件损耗计算方法
CN106443400A (zh) * 2016-09-14 2017-02-22 河北工业大学 一种igbt模块的电‑热‑老化结温计算模型建立方法
CN107025364A (zh) * 2017-05-12 2017-08-08 西安交通大学 一种igbt模块的结温预测方法
CN108680847A (zh) * 2018-05-16 2018-10-19 国网浙江省电力公司舟山供电公司 基于故障电流下的igbt结温的热计算方法
US20200050715A1 (en) * 2018-08-09 2020-02-13 Dassault Systemes Simulia Corp. Performance and Accuracy of Stability Explicit Diffusion
CN109918700A (zh) * 2018-12-04 2019-06-21 中国人民解放军海军工程大学 Igbt多时间尺度结温预测模型建模方法
CN110245414A (zh) * 2019-06-11 2019-09-17 南方电网科学研究院有限责任公司 一种压接式igbt模块多物理场耦合仿真方法
CN110456264A (zh) * 2019-08-16 2019-11-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 大功率器件功率循环试验结温监测方法、装置和系统
CN111125947A (zh) * 2019-12-02 2020-05-08 广东电网有限责任公司 一种压接型igbt热网络模型建模方法和相关装置
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
CN113033032A (zh) * 2020-12-22 2021-06-25 中国人民解放军海军工程大学 热循环条件下功率半导体器件焊料疲劳裂纹扩展仿真方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DENG, EP ET AL.: "Analysis on the difference of the characteristic between high power IGBT modules and press pack IGBTs", 《MICROELECTRONICS RELIABILITY》, vol. 78, pages 25 - 37, XP085246875, DOI: 10.1016/j.microrel.2017.07.095 *
李岩等: "基于半直接耦合的压接型IGBT 模块功率循环仿真方法", 《南方电网技术》, vol. 15, no. 6, pages 1 - 6 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117252036A (zh) * 2023-11-14 2023-12-19 中南大学 基于电-热耦合多物理场的igbt模块疲劳演变方法及系统
CN117252036B (zh) * 2023-11-14 2024-05-31 中南大学 基于电-热耦合多物理场的igbt模块疲劳演变方法及系统

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rad et al. Pricing European and American options by radial basis point interpolation
CN110765685A (zh) 一种电抗器多物理场耦合的仿真方法、装置及存储介质
CN105723299A (zh) 电子装置中执行系统功率预算的方法及其装置
CN109713762B (zh) 一种充电控制方法、装置及终端设备
WO2022135440A1 (zh) Llc谐振电路的控制方法、控制装置及终端设备
WO2024169905A1 (zh) 电子设备的环境温度检测方法及装置
CN113821946A (zh) 一种igbt模块功率循环仿真方法、装置、设备及存储介质
CN112347154A (zh) 一种渣皮脱落指数计算方法、终端设备及存储介质
CN114094234A (zh) 一种电池加热控制方法、装置、设备及介质
CN112818535A (zh) 建立电热仿真模型及获得电热仿真值的方法和装置
CN113644689A (zh) 风电系统运行稳定域的构建方法、装置、电子设备及其可读存储介质
CN114815928A (zh) 吹风机的出风温度控制方法、装置、终端及存储介质
CN111955885B (zh) 吹风机功率控制方法及装置
CN116840699B (zh) 一种电池健康状态估算方法、装置、电子设备和介质
CN116774056A (zh) 评估电池的充电时间的方法、系统及计算机可读存储介质
CN112541841A (zh) 用于模拟过去未来数据的方法、装置及终端设备
CN115598165A (zh) 模拟电池加热方法、装置、终端、存储介质及系统
CN113779742B (zh) 热阻网络简化模型建模方法、装置及芯片结温预测方法
GB2596473A (en) Risk calculation device, risk calculation program, and risk calculation method
CN114154334A (zh) 芯片级热特性分析方法、装置及终端设备
CN116593768B (zh) 一种电能计量方法、装置、电子设备及介质
CN116338302B (zh) 一种电能计量方法、装置、电子设备及介质
CN111382757A (zh) 深度学习分类算法中动态调节训练样本的方法及终端设备
CN113095545B (zh) 空冷凝汽器冷却风机最优运行频率确定方法、装置及终端
CN110350529B (zh) 电力系统小干扰稳定方法、装置、设备以及存储介质

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
WW01 Invention patent application withdrawn after publication
WW01 Invention patent application withdrawn after publication

Application publication date: 20211221