[发明专利]一种压接型IGBT热网络模型建模方法和相关装置

说明书

本申请公开了一种压接型IGBT热网络模型建模方法和相关装置，基于实体压接型IGBT构建三维模型，并将其导入有限元仿真软件，在三维模型的压接型IGBT每层关键节点处设置温度监测点，在有限元仿真软件中设置边界条件，使其输出最大结温、温度监测点的温度信息和热功率；当最大结温与根据实体压接型IGBT测量得到的结温的差值小于预置阈值时，根据温度信息和热功率计算得到瞬态热阻抗曲线，对该曲线进行数据拟合得到热组参数，从而建立压接型IGBT热网络模型，解决了现有技术中通过数据手册的热组参数建立的IGBT热网络模型，导致该IGBT热网络模型不能计算得到IGBT每一层的温度分布信息以及计算精度不高的技术问题。

技术领域

本申请涉及IGBT技术领域，尤其涉及一种压接型IGBT热网络模型建模方法和相关装置。

背景技术

压接型IGBT以其高可靠性和失效后短路的特性，越来越多地应用于柔性直流输电MMC模块和电动汽车等电能转换领域中。

压接型IGBT内部为芯片和金属组成的层状结构，在运行时由外施压力压紧来保证各层之间的可靠电气连接。压接型IGBT在运行过程中会发生功率损耗，功率损耗主要由两部分组成，一个是导通损耗，另一个是开关损耗。导通损耗是在导通状态下，压接型IGBT流过大电流产生的损耗，电流越大，压接型IGBT中集电极与发射极之间的压降越大，导通损耗越大；开关损耗是压接型IGBT在运行状态下由开关动作产生的损耗，开关频率越高，开关损耗越大。功率损耗在压接型IGBT内部主要以热功率的形式耗散，使得压接型IGBT在运行过程中产生大量的热量，使得压接型IGBT内部温度升高，而功率损耗主要产生在压接型IGBT内部的芯片层，由于各层之间材料的热膨胀系数的不同，温度的高低分布就会使压接型IGBT内部层状结构之间有热应力产生，而这是导致压接型IGBT失效的一个重要原因。因此，压接型IGBT内部温度的分布对于器件的失效有影响，所以，准确得到压接型IGBT内部温度分布对于电力电子装置的安全稳定运行时十分重要的。

现有技术中，通过数据手册的热组参数建立的IGBT热网络模型，只能计算该热组参数对应的一层的温度分布信息，不能计算得到其他层的温度分布信息；并且，通过数据手册的热组参数建立的IGBT热网络模型的计算精度不高。

发明内容

本申请提供了一种压接型IGBT热网络模型建模方法和相关装置，解决了现有技术中通过数据手册的热组参数建立的IGBT热网络模型，导致该IGBT热网络模型不能计算得到IGBT每一层的温度分布信息以及计算精度不高的技术问题。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种压接型IGBT热网络模型建模方法，包括：

基于实体压接型IGBT构建所述实体压接型IGBT的三维模型；

将所述三维模型导入至有限元仿真软件，在所述三维模型的压接型IGBT每层的关键节点处设置温度监测点，所述关键节点为所述压接型IGBT中每个子模块的中心点；

在所述有限元仿真软件中设置边界条件，使得所述有限元仿真软件输出所述压接型IGBT的最大结温、所述温度监测点的温度信息和所述压接型IGBT中产生的热功率，所述边界条件包括集电极的壳温、发射极的壳温、热源功率大小和热源波形；

当所述最大结温与根据所述实体压接型IGBT测量得到的结温的差值小于预置阈值时，根据所述温度信息和所述热功率计算得到瞬态热阻抗曲线；

对所述瞬态热阻抗曲线进行数据拟合得到热组参数，根据所述热组参数建立压接型IGBT热网络模型。

优选地，所述在所述有限元仿真软件中设置边界条件，使得所述有限元仿真软件输出所述压接型IGBT的最大结温、所述温度监测点的温度信息和所述压接型IGBT中产生的热功率，之后还包括：