[发明专利]一种基于降阶方法的IGBT瞬态温度快速计算方法

说明书

一种基于降阶方法的IGBT瞬态温度快速计算方法，首先建立IGBT的电热耦合方程强形式及其耦合机制，然后建立IGBT电热耦合强形式及其耦合机制的有限维空间有限元形式，随后对该有限维空间有限元形式做离散化，将偏微分方程转化为矩阵方程，在采集IGBT温度样本矩阵X₂，采用奇异值分解法对温度样本矩阵X₂进行降阶处理，并根据截断误差选取特征值数量用于描述整个温度样本矩阵X₂，将降阶处理后的温度样本矩阵X₂代入由前述矩阵方程中，再对矩阵方程进行整体降阶处理，最后求解经整体降阶处理后的矩阵方程，即可得到IGBT瞬态温度。本方法既能保证计算精度，又能减少计算量，大幅提高IGBT的全局瞬态温度计算效率。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种基于降阶方法的IGBT瞬态温度快速计算方法。

背景技术

由于IGBT模块的开关频率不断提高，使得IGBT电力电子系统瞬态电磁过程具有多时间尺度，引发了一系列的电路仿真与多物理场耦合计算问题。IGBT的瞬态温度是衡量IGBT是否健康的重要参数，而有限元计算等常规计算方法所需的时间和成本过大。因此，亟需一种既能保证计算精度，又能大幅提高IGBT的全局瞬态温度计算效率的计算方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的上述问题，提供一种既能保证计算精度，又能大幅提高计算效率的基于降阶方法的IGBT瞬态温度快速计算方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种基于降阶方法的IGBT瞬态温度快速计算方法，该计算方法依次包括以下步骤：

S1、建立IGBT电热耦合强形式及其耦合机制；

S2、建立IGBT电热耦合强形式及其耦合机制的有限维空间有限元形式；

S3、对IGBT电热耦合强形式及其耦合机制的有限维空间有限元形式做离散化处理，将其由偏微分方程转化为矩阵方程；

S4、采集IGBT温度样本矩阵X₂，再采用奇异值分解法对温度样本矩阵X₂进行降阶处理，并根据截断误差选取特征值数量用于描述整个温度样本矩阵X₂；

S5、将降阶处理后的温度样本矩阵X₂代入由步骤S3得到的矩阵方程中，对矩阵方程进行整体降阶处理，最后求解经整体降阶处理后的矩阵方程，即可实现IGBT瞬态温度的快速计算。

步骤S1中，所述IGBT电热耦合强形式及其耦合机制为：

γ(T)＝ρ₀((1+α(T-T_ref))

上式中，表示在这个有界区域内的向量，为梯度，为处的电势，ρ为材料密度，C_p为定压比热，k为导热系数，t为时刻，表示在处的温度，Q为热量，γ为电导率，分别表示为x、y、z的偏导，γ(T)表示温度为T时的电导率，ρ₀为参考密度，α为电阻温度系数，T_ref为参考温度。

所述步骤S2依次按照以下步骤进行：

S21、基于IGBT电热耦合强形式及其耦合机制求T∈H¹(Ω)，推导出IGBT电热耦合强形式及其耦合机制的无限维空间有限元形式，所述无限维空间有限元形式为：