[发明专利]一种IGBT功率模块结温动态预测方法

说明书

本发明提供了一种IGBT功率模块结温动态预测方法，解决了目前为避免IGBT功率模块结温过高及波动过大引起失效而进行的过度降额使用和不合理热设计的问题。其根据电机的运行状态进行包括调制比、输出电流、输出电压、输出频率等电路参数的动态解析，将解析值输入到考虑电热耦合的结温计算模型中，实现工况下的动态结温预测。

技术领域

本发明涉及IGBT模块的结温预测领域，尤其涉及一种三相逆变系统中IGBT功率模块在工况应用下动态的结温预测方法。

背景技术

IGBT(绝缘栅极晶体管)功率模块的kHz级开关频率特性使其在工作时会产生很大的热损耗，造成芯片PN结处温度(结温)的上升及波动，严重时会导致模块的失效。现有的应对措施是对IGBT模块进行降额使用，或者对其所处逆变系统匹配较大质量体积的散热器来充分保证散热。然而在上述措施中，过分降额会降低功率模块的应用范围，而不合理的散热设计也会造成系统重量增加以及占用空间的浪费。因此，准确的结温预测对于确定IGBT功率模块的安全极限、提高应用范围和可靠性、进行合理的热设计具有重要意义。

IGBT功率模块中电场与温度场存在相互耦合，同时相关电路参数在不同应用场合下的运行工况也实时变化，现有的IGBT结温预测模型往往忽略电热耦合的影响，或者只能用于特定工作点下的结温预测，在工况应用上仍有不足。因而对IGBT功率模块在工况应用下的动态结温预测很有必要。

发明内容

针对上述本领域中存在的技术问题，本发明提供了一种IGBT功率模块结温动态预测方法，具体包括以下步骤：

步骤1、根据电机的运行状态得到电机第一个工作点下的转矩和转速；

步骤2、建立电机工作点解析模型；将所述步骤1中得到的所述转矩和转速输入所建立的电机工作点解析模型，得到dq轴电流电压值，继而获得逆变器输出三相电流电压、开关信号。储存驱动端栅极电阻、开关频率及DC端直流母线电压信息；

步骤3、建立IGBT功率模块的损耗计算模型；设定所述功率模块中的IGBT以及反并联二极管FWD的初始温度，并将所述步骤2中所述的各参数输入所建立的所述损耗计算模型，得到所述IGBT以及反并联二极管FWD的损耗值；

步骤4、建立IGBT功率模块的热阻网络模型；将所述步骤3中得到的所述损耗值输入所述热阻网络模型，得到当前电机工作点所对应的结温；

步骤5、将所述步骤4中得到的结温反馈输入所述IGBT功率模块的损耗计算模型，实现工况应用下的动态结温预测。

进一步地，所述步骤2中所述的建立电机工作点解析模型，具体包括：

对于表贴式电机而言，d、q轴的电感相同且与相电感相同，所以其电磁转矩T_em表达如下

其中，p为极对数，ψ_f为永磁体磁链，i_q为q轴电流；

或者，采用由电机常数k_t和i_q表示电磁转矩的方式：

判断电机处于非弱磁区还是弱磁区：在非弱磁区采用id＝0，此时的输出相电压的幅值表示为：

在弱磁区时，输出相电压的幅值表示如下：

在得到id、iq后，通过恒幅值变换得到对应转矩转速下A、B、C三相的输出，其中，dq轴向αβ旋转坐标系的变化应用Park变换，具有如下转换关系：

其中，θ为相角；