[发明专利]一种电动汽车IGBT功率模块过热及功率循环控制方法

说明书

本发明涉及一种电动汽车IGBT功率模块过热及功率循环控制方法，包括以下步骤：步骤1、分析电动汽车IGBT功率模块热故障参数，通过调节开关频率和输出电流两个变量，控制功率损耗的幅度，调节IGBT功率模块内部的温度，进而对IGBT功率模块进行过热控制；步骤2、对IGBT功率模块进行高功率循环和低功率循环控制。本发明避免了系统的过度设计，降低了系统维护成本和缺陷发生率，从而提高IGBT功率模块的可靠性。

技术领域

本发明属于IGBT功率模块控制技术领域，涉及IGBT功率模块过热及功率循环控制方法，尤其是一种电动汽车IGBT功率模块过热及功率循环控制方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管功率模块具有导通电阻低、高耐压等优点，广泛应用于交流电机、变频器、开关电源、新能源等领域。IGBT是电动汽车中的核心器件之一,是动力系统的重要组成部分。IGBT功率模块在电动汽车应用时失效的原因通常有过热烧毁及高低功率循环损坏，高频、高功率等非线性工作方式将导致IGBT模块过热和高低功率循环，若散热不好，过温保护不及时，或经过一定次数的功率循环后会导致散热和流通能力下降，器件烧毁，影响IGBT使用寿命。因此，对IGBT功率模块的可靠性提出了更高的要求。

经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的公开文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种电动汽车IGBT模块过热及功率循环控制方法，通过限制IGBT模块中的热机械应力来提高IGBT的可靠性，控制IGBT过热和损耗来抑制功率循环故障。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种电动汽车IGBT功率模块过热及功率循环控制方法，包括以下步骤：

步骤1、分析电动汽车IGBT功率模块热故障参数，通过调节开关频率和输出电流两个变量，控制功率损耗的幅度，调节IGBT功率模块内部的温度，进而对IGBT功率模块进行过热控制；

步骤2、对IGBT功率模块进行高功率循环和低功率循环控制；

而且，所述步骤1的具体步骤方法为：

(1)对控制区域进行定义，第一组区域包含正常运行区域，过热区域和关断区域，第一组区域集合基于平均运行温度T_m以保护模块免受过热故障；第二组区域包含高功率循环区域和低功率循环区域，第二组区域集基于测量结温ΔT_j的变化，以保护模块免受功率循环故障的影响；

其中，在正常运行区域，电流阀值设为额定电流的1.8倍，开关频率设为额定值15kHz；

(2)过热区域定义为模块温度超过额定工作温度的区域，设计两个比例积分PI调节器，如式(1)和式(1)所示，以降低开关频率和电流，并防止结温升高到115℃以上：取开关频率控制器和电流阀值控制器之间很小的温差值作为控制变量，如式(3)所示，一方面降低开关频率，另一方面减少输出电流对负载的影响：

其中，表示开关频率值，I_lim表示开关电流值，K_a和K_ia为比例积分系数，表示平均结温值，ΔT_j表示测量结温值。

(3)关断区域设计用于保护驱动器免受极端运行条件导致的过热情况的影响，当达到最小开关频率和最小电流阀值并且测量温度超过125℃时关断驱动器输出。

而且，所述步骤2的具体方法为：