Igbt模塊殼溫的實時估算方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種IGBT模塊殼溫的實時估算方法，本方法在IGBT模塊的散熱片上安裝溫度傳感器，建立熱阻與熱容并聯(lián)的熱電路模型，模擬IGBT模塊外殼的熱傳導(dǎo)過程，熱電路模型中采用電流來代替熱量，熱電路模型中熱阻和熱容根據(jù)IGBT模塊電流輸出頻率進行線性調(diào)整，通過公式計算IGBT模塊在第n個采樣周期的溫度傳感器測量值與IGBT模塊殼溫的溫度差，進而計算得到在第n個采樣周期中，IGBT模塊殼溫的估算值。本估算方法根據(jù)散熱片溫度和IGBT模塊輸出電流和頻率，實時計算IGBT模塊中芯片正下方最高殼溫，降低了殼溫的估算誤差，提高了殼溫測量的實時性，保證了IGBT模塊的正?？煽窟\行。
【專利說明】IGBT模塊殼溫的實時估算方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種IGBT模塊殼溫的實時估算方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 通常在伺服驅(qū)動器或變頻器中，逆變模塊一般采用IGBT(絕緣柵雙極型晶體管） 模塊，伺服驅(qū)動器和變頻器工作時，流過IGBT模塊的電流較大，開關(guān)頻率較高，故而器件的 損耗也比較大，如果IGBT模塊的熱量不能及時散掉，使得器件的結(jié)溫Tj超過最大額定結(jié)溫 Tjmax，則IGBT模塊可能損壞。一般IGBT模塊的最大額定結(jié)溫Tjmax是150°C，在任何工作 條件下，都不允許超過，否則發(fā)生熱擊穿而造成損壞；一般結(jié)溫Tj需留有一定的余地，在最 惡劣條件下，結(jié)溫Tj限定在125°C以下，但IGBT模塊內(nèi)結(jié)溫監(jiān)測有一定難度，因此通過測量 IGBT模塊的殼溫，根據(jù)殼溫來限制IGBT模塊的輸出電流或自動停機以確保IGBT模塊的安 全。
[0003] -般IGBT模塊殼溫的測量有兩種方法，其一，在一些IGBT模塊中，將用于測量 IGBT模塊殼溫的溫度傳感器（NTC)直接封裝在模塊內(nèi)的陶瓷基板（DCB)上，NTC是負(fù)溫度 系數(shù)熱敏電阻，它可以有效地檢測IGBT模塊的穩(wěn)態(tài)殼溫（Tc)。一般IGBT模塊會封裝2-6 個IGBT芯片，每個IGBT芯片由于工作狀況不同，對應(yīng)各IGBT芯片正下方的殼溫會有誤差， 因此采用一種IGBT模塊殼溫的估算方法，根據(jù)IGBT模塊散熱片溫度和輸出電流和頻率，利 用IGBT模塊熱模型，實時計算各IGBT芯片正下方最高殼溫。其二，IGBT模塊中無溫度傳 感器（NTC)，可在靠近IGBT模塊的散熱片上安裝溫度傳感器，檢測散熱片溫度，根據(jù)IGBT模 塊內(nèi)芯片的最大功耗估算其殼溫；由于驅(qū)動器或變頻器工作時IGBT模塊內(nèi)芯片的電流和 功耗是實時變化的，所以用該方法估算的殼溫誤差大，實時性差。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種IGBT模塊殼溫的實時估算方法，本估算 方法根據(jù)散熱片溫度和IGBT模塊輸出電流和頻率，利用IGBT模塊熱模型，實時計算IGBT 模塊中芯片正下方最高殼溫，有效降低了殼溫的估算誤差，提高了殼溫測量的實時性，保 證了IGBT模塊的正常、可靠運行。
[0005] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明IGBT模塊殼溫的實時估算方法在IGBT模塊的散熱 片上安裝溫度傳感器，采用熱阻與熱容并聯(lián)的熱電路模型來模擬IGBT模塊的芯片正下方 IGBT模塊外殼的熱傳導(dǎo)過程，在IGBT模塊的載波頻率固定、直流電壓變化范圍小的情況 下，IGBT模塊的損耗可近視看作與流過的電流成正比，熱電路模型中采用電流來代替熱量， 當(dāng)IGBT模塊輸出電流為正弦波時，IGBT模塊損耗呈周期正弦形式，IGBT模塊中芯片正下方 的殼溫具有周期性，其波動幅度隨著頻率降低而增高，熱電路模型中熱阻和熱容根據(jù)IGBT 模塊電流輸出頻率進行線性調(diào)整，以準(zhǔn)確測量IGBT模塊中芯片正下方的最高殼溫，IGBT模 塊在第η個采樣周期中，溫度傳感器測量值與IGBT模塊殼溫的溫度差ΛT(η)為：
[0006]

【權(quán)利要求】
1. 一種IGBT模塊殼溫的實時估算方法，其特征在于：本方法在IGBT模塊的散熱片上 安裝溫度傳感器，采用熱阻與熱容并聯(lián)的熱電路模型來模擬IGBT模塊的芯片正下方IGBT 模塊外殼的熱傳導(dǎo)過程，在IGBT模塊的載波頻率固定、直流電壓變化范圍小的情況下， IGBT模塊的損耗可近視看作與流過的電流成正比，熱電路模型中采用電流來代替熱量，當(dāng) IGBT模塊輸出電流為正弦波時，IGBT模塊損耗呈周期正弦形式，IGBT模塊中芯片正下方的 殼溫具有周期性，其波動幅度隨著頻率降低而增高，熱電路模型中熱阻和熱容根據(jù)IGBT模 塊電流輸出頻率進行線性調(diào)整，以準(zhǔn)確測量IGBT模塊中芯片正下方的最高殼溫，IGBT模塊 在第η個采樣周期中，溫度傳感器測量值與IGBT模塊殼溫的溫度差ΛT(η)為：
式（1)中Cth為熱容值、Rth為熱阻值、ΛT(n-l)為IGBT模塊在第η-1個采樣周期的 溫度傳感器測量值與IGBT模塊殼溫的溫度差、Λt為采樣周期時間、I為IGBT模塊在第η 個采樣周期的電流， 則IGBT模塊在第η個采樣周期中，IGBT模塊殼溫的估算值Tc(η)為： Tc(n)=Ts(η) +ΔT(η) (2) 式（2)中Ts(η)為IGBT模塊在第η個采樣周期溫度傳感器測量值。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的IGBT模塊殼溫的實時估算方法，其特征在于：所述熱容值和 熱阻值通過實驗測量得到，在IBGT芯片下方的散熱片上打孔，并在靠近IGBT模塊金屬底板 位置粘貼熱電偶，采集熱電偶溫度和溫度傳感器溫度，使IGBT芯片輸出額定電流、電流頻 率為1Hz，測量穩(wěn)態(tài)時熱電偶溫度Tc和溫度傳感器溫度Ts，通過下式計算出熱阻值Rth1Hz，
式（3)中，Γ為IGBT芯片的額定輸出電流； 在IGBT模塊冷態(tài)時，使IGBT芯片輸出1. 5倍額定電流、電流頻率為IHz，測量熱電偶溫 度和溫度傳感器溫度，記錄熱電偶溫度上升25°C所用時間T，同時記錄此時的熱電偶溫度 Tc'和溫度傳感器溫度IV值，通過下式計算出熱容值Cth1Hz，
按同樣方法可測量和計算IGBT芯片輸出電流頻率為零時的熱容值Cthraiz和熱阻值Rthfflz, 實際估算IGBT模塊殼溫時使用的熱阻值和熱容值根據(jù)IGBT芯片輸出電流的實際頻率 進行折算，當(dāng)輸出電流頻率f大于等于IHz時，熱容值和熱阻值采用Cthmz和Rthmz ;當(dāng)輸出 電流頻率f在O-IHz之間時，按下列公式計算熱容值和熱阻值：
式（5)和式（6)中f為IGBT芯片輸出電流頻率。
【文檔編號】G01K7/02GK104458039SQ201310442045
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月25日
【發(fā)明者】趙一凡, 方藝 申請人:上海英威騰工業(yè)技術(shù)有限公司