FR2946477A1

FR2946477A1 - CONTROL METHOD FOR MANAGING TEMPERATURE IN A POWER CONVERTER

Info

Publication number: FR2946477A1
Application number: FR0953681A
Authority: FR
Inventors: Michel Arpilliere
Original assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Current assignee: Schneider Toshiba Inverter Europe SAS
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-10
Anticipated expiration: 2029-06-04
Also published as: FR2946477B1; WO2010139530A1

Abstract

L'invention concerne un procédé de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance électrique, ledit convertisseur délivrant un courant de sortie à destination d'une charge électrique et comportant au moins un dispositif semi-conducteur de puissance (10) monté sur un dissipateur thermique (103), ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste notamment à prévoir une température crête de la jonction (DTjh_pic) dans le dispositif semi-conducteur (10) à la fréquence (Fstat) du courant mesuré en sortie du convertisseur, ladite température crête de la jonction (DTjh_pic) étant déterminée à partir d'une température moyenne de la jonction (DTjh_avg) du dispositif semi-conducteur et d'un facteur de crête (Pic_ratio) mémorisé fonction de ladite fréquence du courant mesuré en sortie du convertisseur.The invention relates to a control method for the management of the temperature in an electric power converter, said converter delivering an output current to an electric load and comprising at least one power semiconductor device (10). mounted on a heat sink (103), said method being characterized in that it consists in particular in providing a peak temperature of the junction (DTjh_pic) in the semiconductor device (10) at the frequency (Fstat) of the current measured in output of the converter, said junction peak temperature (DTjh_pic) being determined from an average temperature of the junction (DTjh_avg) of the semiconductor device and a peak factor (Pic_ratio) stored according to said frequency of the current measured at the output of the converter.

Description

Procédé de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance La présente invention se rapporte à un procédé de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance électrique par exemple de type variateur de vitesse. L'invention concerne également un système destiné à la gestion de la température dans le convertisseur de puissance électrique. Un convertisseur de puissance électrique de type variateur de vitesse comporte un ou plusieurs dispositifs semi-conducteurs de puissance de type transistor IGBT, MOSFET ou JFET permettant de fournir une tension pulsée à une charge électrique. Typiquement, les dispositifs semi-conducteurs sont enfermés dans un boîtier ("baseplate" en anglais). Un dissipateur thermique ("heatsink" en anglais) monté sur le boîtier permet de dissiper la chaleur dégagée par les dispositifs en fonctionnement. De manière connue, chaque dispositif semi-conducteur de puissance est caractérisé par la température de sa jonction. Les transistors sont les composants les plus importants et les plus chers employés dans un variateur de vitesse et il est donc nécessaire de les préserver. Pour cela, la température absolue de leur jonction ne doit pas dépasser une valeur limite spécifiée par le fabricant et la température de la jonction par rapport au boîtier doit également être maintenue sous une valeur limite. Par exemple, si le dispositif semi-conducteur est en silicium, la valeur limite de la température absolue de la jonction est de 150°C. Par ailleurs, pour obtenir une durée de vie suffisante quand le dispositif est soumis à des cycles de puissance, la valeur limite de la température de la jonction par rapport au boîtier peut être limitée à 65°C. Si l'une de ces valeurs limites est dépassée, le composant semi-conducteur se dégrade ce qui peut entraîner des dysfonctionnements importants dans le variateur de vitesse. Comme les dispositifs semi-conducteurs de puissance se trouvent intégrés dans des variateurs de plus en plus compacts, la dissipation thermique est de plus en plus difficile et la marge entre les températures de fonctionnement normales des dispositifs et les valeurs limites se trouve de plus en plus restreinte. Par conséquent il est nécessaire de mettre en oeuvre dans le variateur une gestion de la température afin d'éviter toute surchauffe. Un moyen classique de déterminer la température de la jonction d'un dispositif semi-conducteur consiste à calculer en temps réel la puissance dissipée dans le dispositif semi-conducteur et à l'injecter dans un filtre d'ordre n qui modélise le comportement thermique du composant semi-conducteur. Dans un variateur de vitesse qui comporte par exemple six dispositifs semi-conducteurs, le calcul doit être effectué pour chacun des dispositifs. Selon la fréquence du courant de sortie du convertisseur, le calcul devra être effectué très fréquemment et pour les six dispositifs en même temps. Des procédés de gestion de la température des dispositifs semi-conducteurs utilisés dans un variateur de vitesse ont déjà été proposés dans l'art antérieur. Le document EP0792008 décrit une méthode et un appareil pour protéger les dispositifs semi-conducteurs de puissance d'un variateur. La méthode consiste à calculer les pertes calorifiques des dispositifs et l'augmentation de la température de la jonction. Si l'augmentation de la température est supérieure à une valeur limite déterminée, les fréquences de commutation des dispositifs semi-conducteurs sont ajustées de manière à réduire le courant de sortie du variateur. The present invention relates to a control method for the management of the temperature in an electric power converter for example of the speed variator type. The invention also relates to a system for managing the temperature in the electric power converter. A variable speed drive type electrical power converter comprises one or more IGBT, MOSFET or JFET transistor type power semiconductor devices for supplying pulsed voltage to an electrical load. Typically, the semiconductor devices are enclosed in a housing ("baseplate" in English). A heat sink ("heatsink" in English) mounted on the housing allows to dissipate the heat generated by the devices in operation. In known manner, each power semiconductor device is characterized by the temperature of its junction. Transistors are the most important and expensive components used in a drive controller and it is therefore necessary to preserve them. For this, the absolute temperature of their junction must not exceed a limit value specified by the manufacturer and the temperature of the junction with respect to the housing must also be kept below a limit value. For example, if the semiconductor device is silicon, the limit value of the absolute temperature of the junction is 150 ° C. In addition, to obtain a sufficient life when the device is subjected to power cycles, the limit value of the temperature of the junction with respect to the housing can be limited to 65 ° C. If one of these limit values is exceeded, the semiconductor component degrades which can cause significant malfunctions in the drive controller. As power semiconductor devices are integrated into increasingly compact drives, heat dissipation is becoming increasingly difficult and the margin between normal device operating temperatures and limit values is becoming more and more difficult. restraint. Therefore it is necessary to implement in the drive a temperature management to prevent overheating. A conventional way of determining the temperature of the junction of a semiconductor device is to calculate in real time the power dissipated in the semiconductor device and to inject it into an n-order filter which models the thermal behavior of the semiconductor device. semiconductor component. In a variable speed drive which comprises for example six semiconductor devices, the calculation must be carried out for each of the devices. Depending on the frequency of the output current of the converter, the calculation should be performed very frequently and for the six devices at the same time. Methods for temperature management of semiconductor devices used in a variable speed drive have already been proposed in the prior art. EP0792008 discloses a method and apparatus for protecting power semiconductor devices of a drive. The method consists in calculating the heat losses of the devices and the increase of the temperature of the junction. If the increase in temperature is above a certain limit value, the switching frequencies of the semiconductor devices are adjusted to reduce the output current of the drive.

Le document JP2005143232 décrit également une méthode de gestion de la température des dispositifs semi-conducteurs de puissance dans un variateur de vitesse. Cette méthode consiste à commander le flux de courant à travers le variateur en fonction de la température de la jonction des dispositifs. Le document US 5,923,135 décrit un appareil de commande d'un moteur électrique comportant un circuit de commande doté de plusieurs dispositifs semi-conducteurs. Cet appareil comporte en outre des moyens d'estimation de la température de la jonction des composants de chaque dispositif à partir d'une température mesurée, des moyens pour comparer la température de la jonction obtenue avec une valeur limite et des moyens pour ajuster la sortie du circuit de commande en vue de réguler la température de la jonction à une valeur inférieure ou égale à la valeur limite autorisée. Ce document propose notamment un modèle thermique pour chaque dispositif. Le but de l'invention est de proposer un nouveau procédé de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance. Ce procédé ne nécessite pas de recourir à des calculs complexes et pourra être mis en oeuvre dans le convertisseur sans contrainte de temps spécifique. Ce but est atteint par un procédé de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance électrique, ledit convertisseur délivrant un courant de sortie à destination d'une charge électrique et comportant au moins un dispositif semi-conducteur de puissance monté sur un dissipateur thermique, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste notamment à : - mesurer la fréquence du courant en sortie du convertisseur, - prévoir une température crête de la jonction dans le dispositif semi- conducteur à la fréquence du courant mesuré en sortie du convertisseur, ladite température crête de la jonction étant déterminée à partir d'une température moyenne de la jonction du dispositif semi-conducteur et d'un facteur de crête mémorisé fonction de ladite fréquence du courant mesuré en sortie du convertisseur, 1 o comparer la température crête de la jonction obtenue à une température de référence de la jonction et contrôler le convertisseur en fonction du résultat de la comparaison. Selon une particularité, la température crête de la jonction, la température moyenne de la jonction et la température de référence de la jonction sont définies de 15 manière relative par rapport à la température du dissipateur. Selon une autre particularité, la température crête de la jonction du dispositif par rapport au dissipateur est calculée par la relation suivante : DTjh_pic = (1+pic_ratio) * DTjh_ avg dans laquelle : 20 - DTjh_pic correspond à la température crête de la jonction par rapport au dissipateur, - DTjh_avg correspond a la température moyenne de la jonction par rapport au dissipateur, - pic ratio correspond au facteur de crête. 25 Selon une autre particularité, la température moyenne de la jonction est déterminée à partir des pertes moyennes en conduction et en commutation du dispositif semi-conducteur. Selon une autre particularité, les pertes moyennes en conduction et en commutation du dispositif semi-conducteur de puissance dans un convertisseur de 30 puissance sont déterminées à partir des valeurs du courant crête, de la fréquence de commutation, du type de modulateur de la commande MLI du convertisseur, de la valeur de l'index de modulation, du facteur de puissance, de la tension mesurée sur le bus du convertisseur, de la fréquence du courant de sortie du convertisseur. JP2005143232 also discloses a method for temperature management of power semiconductor devices in a drive controller. This method consists of controlling the flow of current through the drive according to the temperature of the junction of the devices. US 5,923,135 discloses an apparatus for controlling an electric motor having a control circuit having a plurality of semiconductor devices. This apparatus further comprises means for estimating the temperature of the junction of the components of each device from a measured temperature, means for comparing the temperature of the junction obtained with a limit value and means for adjusting the output. of the control circuit to regulate the temperature of the junction to a value less than or equal to the permissible limit value. This document proposes in particular a thermal model for each device. The object of the invention is to propose a new control method for managing the temperature in a power converter. This method does not require resort to complex calculations and can be implemented in the converter without specific time constraints. This object is achieved by a control method for the management of the temperature in an electric power converter, said converter delivering an output current to an electrical load and comprising at least one power semiconductor device mounted on a heat sink, said method being characterized in that it consists in particular in: - measuring the frequency of the output current of the converter, - providing a peak temperature of the junction in the semiconductor device at the frequency of the current measured at the output of the converter, said junction peak temperature being determined from an average temperature of the junction of the semiconductor device and a stored peak factor according to said frequency of the current measured at the output of the converter, 1 o compare the peak temperature of the junction obtained at a junction reference temperature and control the converter according to the result of the comparison. According to one feature, the peak temperature of the junction, the average temperature of the junction and the reference temperature of the junction are relatively defined with respect to the temperature of the dissipator. According to another particularity, the peak temperature of the junction of the device relative to the dissipator is calculated by the following relation: DTjh_pic = (1 + pic_ratio) * DTjh_ avg in which: - DTjh_pic corresponds to the peak temperature of the junction relative to at sink, - DTjh_avg corresponds to the average temperature of the junction with respect to the dissipator, - peak ratio corresponds to the crest factor. According to another feature, the average temperature of the junction is determined from the average losses in conduction and switching of the semiconductor device. According to another feature, the average conduction and switching losses of the power semiconductor device in a power converter are determined from the values of the peak current, the switching frequency, the type of PWM control modulator. of the converter, the value of the modulation index, the power factor, the voltage measured on the bus of the converter, the frequency of the output current of the converter.

Selon une autre particularité, contrôler le convertisseur pour limiter l'élévation de la température de la jonction consiste à agir sur la fréquence de commutation des dispositifs semi-conducteurs ou sur le courant de sortie du convertisseur. L'invention concerne également un système de commande destiné à la gestion de la température dans un convertisseur de puissance qui comporte plusieurs dispositifs semi-conducteurs aptes à fournir une tension ou un courant pulsé à destination d'une charge électrique connectée au convertisseur, le système comprenant des moyens de traitement associés à une mémoire et à des moyens de commande pour réguler la température de la jonction des dispositifs semi-conducteurs, le système étant caractérisé en ce qu'il est susceptible de mettre en oeuvre le procédé de commande défini dans l'une des revendications précédentes. D'autres caractéristiques et avantages vont apparaître dans la description détaillée qui suit en se référant à un mode de réalisation donné à titre d'exemple et 15 représenté par les dessins annexés sur lesquels : la figure 1 représente un schéma du principe de fonctionnement de l'invention, la figure 2 représente la structure classique d'un dispositif semi-conducteur, la figure 3 illustre la variation de la température de la jonction d'un dispositif semi-conducteur en fonction du temps lorsque le courant de sortie du convertisseur est à une fréquence de 50 Hz ou 5Hz, la figure 4 représente la courbe de variation du facteur de crête en fonction de la fréquence du courant de sortie du convertisseur, la figure 5 représente schématiquement un variateur de vitesse comportant trois cellules de commutation. Dans la suite de la description, on considérera qu'un dispositif semi-conducteur de puissance comporte un composant semi-conducteur de type transistor, 30 par exemple IGBT, MOSFET, JFET et éventuellement une diode de roue libre. Dans la suite de la description, on considérera que la jonction du dispositif correspond à la jonction du transistor inclus dans le dispositif. 20 25 Classiquement, en référence à la figure 2, un dispositif semi-conducteur 10 de puissance se présente dans un boîtier plastique doté d'une semelle ou base 100 métallique, par exemple en cuivre. Le composant 101 en matériau semi-conducteur, appelé également puce, repose sur un substrat céramique 102, par exemple l'alumine ou le nitrure d'aluminium, chargé de l'isolation électrique avec la base 100. La base 100 du dispositif est rendue solidaire d'un dissipateur 103 par l'intermédiaire de vis, une graisse 104 ou film thermique étant inséré entre la base 100 et le dissipateur 103. Une variante de réalisation du dispositif semi-conducteur consiste à se passer de la base métallique 100 et à fixer directement le composant 101 sur le dissipateur. According to another feature, controlling the converter to limit the rise in the temperature of the junction is to act on the switching frequency of the semiconductor devices or the output current of the converter. The invention also relates to a control system for managing the temperature in a power converter which comprises a plurality of semiconductor devices able to supply a voltage or a pulsed current to an electrical load connected to the converter, the system comprising processing means associated with a memory and control means for regulating the temperature of the junction of the semiconductor devices, the system being characterized in that it is capable of implementing the control method defined in the one of the preceding claims. Other features and advantages will become apparent from the following detailed description with reference to an exemplary embodiment and illustrated by the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a diagram of the operating principle of FIG. FIG. 2 illustrates the conventional structure of a semiconductor device, FIG. 3 illustrates the variation of the temperature of the junction of a semiconductor device as a function of time when the output current of the converter is at a frequency of 50 Hz or 5 Hz, Figure 4 shows the curve of variation of the peak factor as a function of the frequency of the output current of the converter, Figure 5 shows schematically a variable speed drive having three switching cells. In the following description, it will be considered that a power semiconductor device comprises a transistor type semiconductor component, for example IGBT, MOSFET, JFET and possibly a freewheeling diode. In the remainder of the description, it will be considered that the junction of the device corresponds to the junction of the transistor included in the device. Typically, with reference to FIG. 2, a power semiconductor device 10 is provided in a plastic housing having a metal base or base 100, eg of copper. The semiconductor material component 101, also referred to as a chip, rests on a ceramic substrate 102, for example alumina or aluminum nitride, charged with electrical insulation with the base 100. The base 100 of the device is rendered integral with a dissipator 103 via screws, a grease 104 or thermal film being inserted between the base 100 and the dissipator 103. An alternative embodiment of the semiconductor device is to dispense with the metal base 100 and to directly fix the component 101 on the heatsink.

De manière connue, le dispositif semi-conducteur 10 est caractérisé par la température de la jonction du composant. La température de la jonction peut être dite absolue ou dite relative lorsqu'elle est définie par rapport à la température du boîtier ou du refroidisseur. Lorsque la température de la jonction est relative, elle correspond donc à l'écart de température entre la jonction et la référence, la référence étant par exemple le dissipateur 103. La température du dissipateur 103 est mesurée directement ou indirectement à l'aide d'un capteur SN, par exemple positionné sur le dissipateur 103. Dans la suite de la description, on fait référence à la température relative de la jonction par rapport au dissipateur 103. Bien entendu, il faut comprendre que l'invention s'applique de la même manière à la température absolue de la jonction, celle-ci n'étant que la somme de la température relative de la jonction et de la température mesurée sur le dissipateur 103 à l'aide du capteur SN. L'invention consiste à mettre en oeuvre un procédé de commande destiné à la gestion de la température dans le convertisseur de puissance afin de préserver les dispositifs semi-conducteurs de puissance utilisés dans le convertisseur. Le convertisseur de puissance peut être par exemple un variateur de vitesse, un filtre actif, un convertisseur DC-DC, un redresseur actif... Dans la suite de la description, on s'intéresse plus particulièrement à la mise en oeuvre du procédé de commande dans un convertisseur de puissance de type variateur de vitesse 1. In known manner, the semiconductor device 10 is characterized by the temperature of the junction of the component. The temperature of the junction can be said to be absolute or said relative when it is defined with respect to the temperature of the housing or the cooler. When the temperature of the junction is relative, it therefore corresponds to the temperature difference between the junction and the reference, the reference being, for example, the dissipator 103. The temperature of the dissipator 103 is measured directly or indirectly with the aid of FIG. an SN sensor, for example positioned on the dissipator 103. In the remainder of the description, reference is made to the relative temperature of the junction with respect to the dissipator 103. Of course, it should be understood that the invention applies to the same way to the absolute temperature of the junction, this being only the sum of the relative temperature of the junction and the temperature measured on the dissipator 103 with the SN sensor. The invention consists in implementing a control method for managing the temperature in the power converter in order to preserve the semiconductor power devices used in the converter. The power converter can be, for example, a variable speed drive, an active filter, a DC-DC converter, an active rectifier, etc. In the rest of the description, particular attention is given to the implementation of the method of control in a speed controller type power converter 1.

Un variateur de vitesse 1 représenté en figure 5, comporte typiquement un étage redresseur (non représenté), un condensateur de bus (non représenté) et un étage onduleur. L'étage onduleur comporte n cellules de commutation, par exemple trois cellules de commutation Cl, C2, C3, portant chacune 2n dispositifs semi-conducteurs. Chaque dispositif semi-conducteur comporte notamment un transistor par exemple de type IGBT (T1-T6) et éventuellement une diode de roue libre (D1-D6). A variable speed drive 1 shown in FIG. 5 typically comprises a rectifier stage (not shown), a bus capacitor (not shown) and an inverter stage. The inverter stage comprises n switching cells, for example three switching cells C1, C2, C3, each carrying 2n semiconductor devices. Each semiconductor device comprises in particular a transistor for example of the IGBT type (T1-T6) and optionally a freewheeling diode (D1-D6).

Les dispositifs sont par exemple tous fixés sur un dissipateur 103 commun situé à l'arrière de la carcasse du variateur. La structure d'un variateur étant parfaitement connue de l'Homme du métier, elle n'est donc pas décrite plus en détails. Le procédé de commande de l'invention est mis en oeuvre grâce à un système intégré au variateur 1 comportant des moyens de traitement 4 associés à au moins une mémoire 40 et aptes à agir sur des moyens de commande des dispositifs pour effectuer la régulation de la température. Ces moyens de traitement 4 comportent notamment des moyens de calcul 41 pour mettre en oeuvre le procédé de commande décrit ci-dessous. Le système comporte en outre des moyens de mesure du courant en sortie du convertisseur à destination de la charge et des moyens pour déterminer la fréquence de ce courant. Les considérations suivantes permettent de mieux comprendre l'objet de l'invention : La variation de température entre la jonction et le dissipateur dans le dispositif semi-conducteur peut être modélisée par un filtre électrique passe bas d'ordre n dans lequel n représente le nombre d'impédances thermiques séparant la jonction et le dissipateur. Le courant périodique de sortie d'une cellule de commutation produit des pertes moyennes dans une cellule de commutation qui sont de même valeur quelle que soit la fréquence du courant de sortie du convertisseur. Le rapport entre la valeur crête de la température de la jonction et la valeur moyenne de la température de la jonction est constant. Pour une fréquence du courant de sortie Fstat déterminée, le rapport entre la valeur crête de la température de la jonction et sa valeur moyenne est donc constant quel que soit le niveau du courant de sortie du convertisseur. En référence à la figure 3, on remarque que l'ondulation de la température de la jonction d'un transistor IGBT augmente lorsque la fréquence Fstat du courant de sortie du convertisseur (appelée également fréquence statorique) baisse (Fstat = 5Hz ou 50Hz sur la figure 3). The devices are for example all attached to a common sink 103 located at the rear of the frame of the drive. The structure of a variator being perfectly known to those skilled in the art, it is therefore not described in more detail. The control method of the invention is implemented by means of a system integrated in the controller 1 comprising processing means 4 associated with at least one memory 40 and able to act on control means of the devices for effecting the regulation of the temperature. These processing means 4 comprise in particular calculation means 41 for implementing the control method described below. The system further comprises means for measuring the output current of the converter to the load and means for determining the frequency of this current. The following considerations make it possible to better understand the object of the invention: The variation in temperature between the junction and the dissipator in the semiconductor device can be modeled by a low-pass electrical filter of order n in which n represents the number of thermal impedances separating the junction and the dissipator. The periodic output current of a switching cell produces average losses in a switching cell which are of the same value regardless of the frequency of the output current of the converter. The ratio between the peak value of the temperature of the junction and the average value of the temperature of the junction is constant. For a determined frequency of the output current Fstat, the ratio between the peak value of the temperature of the junction and its average value is therefore constant whatever the level of the output current of the converter. With reference to FIG. 3, it can be seen that the ripple of the junction temperature of an IGBT transistor increases when the frequency Fstat of the output current of the converter (also called the stator frequency) drops (Fstat = 5Hz or 50Hz on the Figure 3).

Il est ainsi possible d'estimer la valeur crête de la température de la jonction à la fréquence Fstat du courant de sortie du convertisseur. Pour cela, l'invention consiste à définir un facteur de crête Pic_ratio permettant d'obtenir directement une température maximale théorique de la jonction à la fréquence Fstat du courant de sortie mesurée. Ce facteur de crête (Pic_ratio) s'exprime par la relation suivante : 7 Pic ratio = DTjh_picùDTjh_avg DTjh_ avg Dans cette relation, il est possible de connaître en temps réel le facteur de crête Pic_ratio et la température moyenne de la jonction par rapport au dissipateur DTjh_avg. Il est donc possible de prévoir la température crête de la jonction par rapport au dissipateur DTjh_pic. Le facteur de crête Pic_ratio varie selon la courbe représentée en figure 4. Cette courbe montre la variation du facteur de crête en fonction de la fréquence Fstat du courant de sortie du convertisseur. Cette courbe est indépendante de la valeur du courant de sortie, de la fréquence Fs de commutation du transistor, de l'index de modulation et du cos phi. Le facteur de crête Pic_ratio ne dépend que de la fréquence Fstat du courant de sortie du convertisseur. Dans le convertisseur, les valeurs du facteur de crête Pic_ratio sont chacune associées à une fréquence Fstat du courant de sortie du convertisseur et mémorisées dans le convertisseur. Les valeurs du facteur de crête sont déterminées préalablement à partir des spécifications des fournisseurs. Le courant de sortie du convertisseur est mesuré grâce aux moyens de mesure et selon la valeur de la fréquence Fstat de ce courant de sortie, le convertisseur applique un facteur de crête Pic_ratio déterminé afin de prévoir la température crête de la jonction du dispositif. It is thus possible to estimate the peak value of the temperature of the junction at the frequency Fstat of the output current of the converter. For this purpose, the invention consists in defining a peak factor Pic_ratio making it possible to directly obtain a theoretical maximum temperature of the junction at the frequency Fstat of the measured output current. This peak factor (Pic_ratio) is expressed by the following relation: 7 Pic ratio = DTjh_picùDTjh_avg DTjh_ avg In this relation, it is possible to know in real time the peak factor Pic_ratio and the average temperature of the junction with respect to the dissipator DTjh_avg. It is therefore possible to predict the peak temperature of the junction relative to the dissipator DTjh_pic. The peak factor Pic_ratio varies according to the curve shown in FIG. 4. This curve shows the variation of the peak factor as a function of the frequency Fstat of the output current of the converter. This curve is independent of the value of the output current, the switching frequency Fs of the transistor, the modulation index and cos phi. The peak factor Pic_ratio depends only on the frequency Fstat of the output current of the converter. In the converter, the values of the peak factor Pic_ratio are each associated with a frequency Fstat of the output current of the converter and stored in the converter. Crest factor values are determined in advance from vendor specifications. The output current of the converter is measured by the measuring means and according to the value of the frequency Fstat of this output current, the converter applies a peak factor Pic_ratio determined to predict the peak temperature of the junction of the device.

La température moyenne de la jonction d'un dispositif semi-conducteur par rapport au dissipateur DTjh_avg se détermine à partir des pertes moyennes en commutation Psw et en conduction Pcon du transistor et de la diode. Le calcul de la valeur moyenne des pertes dans un dispositif semi-conducteur comportant un transistor de type IGBT et une diode de roue libre est effectué de la manière suivante : ( 2 P - 0.5 V Iopi 2 c +1 1 opic +ffi cos • ~Viceo Iopic ' +1-ce opic 4 con IGBT ce0 ce 8 2 2 _ 1 opic ~opic 1opic 'opic Pcon_diode = 0.5. (VfO +rf 4 8 -111' cos • (VfO . +rf ' 3n FS 1opic Vdc Psw IGBT ù (Eon + Eoff) . ~MLI F Psw diode s opic MLI Dans lesquels : Pcon IGBT représente les pertes en conduction du transistor IGBT, PSW IGBT représente les pertes en commutation du transistor IGBT, - Pcon diode représente les pertes en conduction de la diode, - Psw diode représente les pertes en commutation de la diode, Vdo est la tension mesurée sur le bus continu du variateur de vitesse, VCeo, Vfo, roe et rf sont des paramètres statiques d'un transistor IGBT (T1-T6) et de la diode de roue libre (D1-D6), tels que sa tension seuil et sa résistance. - FS est la fréquence de commutation du transistor IGBT du dispositif, - m est le modulateur de la commande MLI, Vrated et Irated sont respectivement la tension nominale et l'intensité nominale du moteur, EON, EOFF et Err sont les énergies de commutation du transistor IGBT précisées dans les spécifications du dispositif au courant nominal Irated et à la tension nominale Vrated, lop;o est le courant crête moteur calculé à partir de mesures des courants moteur sur les trois phases, kML, est un facteur exprimant le type de modulateur de la commande MLI employée. La valeur de lopic qui représente la valeur crête du courant présent dans l'un des six transistors est calculée selon la moyenne quadratique des courants de sortie instantanés sur les trois phases U, V, W : IOpicû~3IU+IV+IW~ On en déduit que la température moyenne de la jonction du dispositif semi-conducteur par rapport au dissipateur DTjh_avg peut s'exprimer par la relation suivante : DTjh_IGBT_avg ù(con_IGBT +sw_IGBT).Rthjc_ IGBT +Pcon _IGBT +Psw _IGBT +Pcon _diode +Psw _diode) Rthch Dans laquelle : - RthjcIGBT représente la résistance thermique entre la jonction et le boîtier, - Rthch représente la résistance thermique entre le boîtier et le dissipateur. 30 Bien entendu, selon la technologie du dispositif semi-conducteur employée, la relation reproduite ci-dessus peut être adaptée. La température moyenne de la jonction du dispositif par rapport au dissipateur 103 peut donc être calculée à partir d'une équation polynomiale dans laquelle on injecte les valeurs du courant crête lopic, de la fréquence de commutation Fs, de la valeur de l'index de modulation m de la commande MLI, du type de modulateur de la commande MLI utilisée exprimé par le facteur kML,, du facteur de puissance Pf, de la tension mesurée sur le bus Vdc, de la fréquence du courant de sortie du convertisseur Fstat. The average temperature of the junction of a semiconductor device with respect to the dissipator DTjh_avg is determined from the average losses in switching Psw and Pcon conduction of the transistor and the diode. The calculation of the average value of losses in a semiconductor device comprising an IGBT type transistor and a freewheeling diode is performed as follows: (2 P - 0.5 V Iopi 2c +1 1 opic + ffi cos ~ Viceo Iopic '+ 1-this opic 4 with IGBT ce0 ce 8 2 2 _ 1 opic ~ opic 1opic' opic Pcon_diode = 0.5 (VfO + rf 4 8 -111 'cos • (VfO. + Rf' 3n FS 1opic Vdc Psw IGBT ù (Eon + Eoff). ~ MLI F Psw opode di opic MLI In which: Pcon IGBT represents the conduction losses of the IGBT transistor, PSW IGBT represents the switching losses of the IGBT transistor, - Pcon diode represents the conduction losses of the diode, - Psw diode represents the switching losses of the diode, Vdo is the voltage measured on the DC bus of the variable speed drive, VCeo, Vfo, roe and rf are static parameters of an IGBT transistor (T1-T6 ) and the freewheeling diode (D1-D6), such as its threshold voltage and resistance - FS is the switching frequency of the transistor IG BT of the device, - m is the modulator of the MLI control, Vrated and Irated are respectively the nominal voltage and the motor rated current, EON, EOFF and Err are the switching energies of the IGBT transistor specified in the device specifications at rated current Irated and rated voltage Vrated, lop; o is the peak motor current calculated from measurements of the motor currents on the three phases, kML, is a factor expressing the type of modulator of the PWM control employed. The value of lopic which represents the peak value of the current present in one of the six transistors is calculated according to the root mean square of the instantaneous output currents on the three phases U, V, W: IOpicû ~ 3IU + IV + IW ~ On deduces that the average temperature of the junction of the semiconductor device with respect to the dissipator DTjh_avg can be expressed by the following relation: DTjh_IGBT_avg ù (con_IGBT + sw_IGBT) .Rthjc_IGBT + Pcon _IGBT + Psw_IGBT + Pcon _diode + Psw _diode) Rthch In which: - RthjcIGBT represents the thermal resistance between the junction and the housing, - Rthch represents the thermal resistance between the housing and the dissipator. Of course, depending on the technology of the semiconductor device employed, the relationship reproduced above can be adapted. The average temperature of the junction of the device with respect to the dissipator 103 can therefore be calculated from a polynomial equation in which the values of the peak lopic current, the switching frequency Fs, the value of the index of modulating m of the MLI command, the type of PWM control modulator used expressed by the factor kML ,, the power factor Pf, the voltage measured on the bus Vdc, the frequency of the output current of the Fstat converter.

La température crête de la jonction par rapport au dissipateur s'exprime donc par la relation suivante : DTjh_pic = (1+pic_ratio) * DTjh_avg 15 La température crête de la jonction par rapport au dissipateur DTjh_pic qui est obtenue après calcul lors de l'étape El est comparée par rapport à une valeur de référence DTjh_ref lors d'une étape E2. Cette valeur de référence DTjh_ref est déterminée par rapport à la température Th du dissipateur lors d'une étape E3. Plus la 20 température Th du dissipateur a une valeur faible et plus la référence de la température de la jonction est importante. En fonction de la comparaison effectuée, lors d'une étape E4, le convertisseur peut effectuer des actions de régulation et de contrôle connues si cette température 25 crête est trop élevée. Ces actions permettant de limiter l'élévation de la température crête consistent par exemple à : agir sur la fréquence de découpage (Fs) ou agir sur le courant de sortie, déclencher une alarme et stopper le variateur si aucune autre action ne peut être menée (Fault).The peak temperature of the junction with respect to the dissipator is therefore expressed by the following relation: DTjh_pic = (1 + pic_ratio) * DTjh_avg 15 The peak temperature of the junction with respect to the sink DTjh_pic which is obtained after calculation during the step El is compared with respect to a reference value DTjh_ref during a step E2. This reference value DTjh_ref is determined with respect to the temperature Th of the dissipator during a step E3. The lower the temperature Th of the dissipator, the higher the reference of the temperature of the junction. Depending on the comparison made, during a step E4, the converter can perform known control and control actions if this peak temperature is too high. These actions making it possible to limit the rise in the peak temperature consist for example in: acting on the switching frequency (Fs) or acting on the output current, triggering an alarm and stopping the drive if no other action can be taken ( Fault).

30 Il est bien entendu que l'on peut, sans sortir du cadre de l'invention, imaginer d'autres variantes et perfectionnements de détail et de même envisager l'emploi de moyens équivalents. It is understood that it is possible, without departing from the scope of the invention, to imagine other variants and improvements in detail and even to envisage the use of equivalent means.

Claims

REVENDICATIONS1. A control method for temperature management in an electric power converter, said converter delivering an output current to an electrical load and having at least one power semiconductor device (10) mounted on a heat sink (103), said method being characterized in that it consists in particular in: measuring the frequency of the output current of the converter, providing a peak temperature of the junction (DTjh_pic) in the semiconductor device (10) at the frequency ( Fstat) of the current measured at the output of the converter, said junction peak temperature (DTjh_pic) being determined from an average temperature of the junction (DTjh_avg) of the semiconductor device and a peak factor (Pic ratio) memorized according to said frequency of the current measured at the output of the converter, comparing the junction peak temperature (DT_h_pic) obtained at a temperature junction reference (DTjh_ref) and check the converter according to the result of the comparison.

2. Control method according to claim 1, characterized in that the peak temperature of the junction, the average temperature of the junction and the reference temperature of the junction are relatively defined with respect to the temperature (Th) of the dissipator (103).

3. Control method according to claim 2, characterized in that the peak temperature of the junction of the device relative to the dissipator (103) is calculated by the following relationship: DTjh_pic = (1 + pic_ratio) * DTjh_ avg in which: - DTjh_pic corresponds to the peak temperature of the junction with respect to the dissipator, - DTjh_avg corresponds to the average temperature of the junction with respect to the dissipator, - peak ratio corresponds to the crest factor.

4. Method according to claim 3, characterized in that the average temperature of the junction is determined from the average losses in conduction and switching of the semiconductor device.

5. Method according to claim 4, characterized in that the average losses in conduction and switching of the power semiconductor device (10) in a power converter are determined from the values of the peak current (lopic), the switching frequency (Fs), modulator type of the PWM control of the converter (kML,), the value of the modulation index (m), the power factor (Pf), the voltage measured on the bus of the converter (Vdc), the frequency of the output current of the converter (Fstat).

6. Control method according to one of claims 1 to 5, characterized in that controlling the converter to limit the rise in the temperature of the junction is to act on the switching frequency (Fs) of the semiconductor devices or on the output current of the converter.

A control system for temperature management in a power converter having a plurality of semiconductor devices (10) capable of supplying a voltage or a pulsed current to an electrical load connected to the converter, the system comprising processing means (4) associated with a memory (40) and with control means for regulating the temperature of the junction of the semiconductor devices, the system being characterized in that it is capable of implementing the method control system defined in one of the preceding claims.