本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及在線計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

由電力電子系統(tǒng)可靠性調(diào)研報(bào)告可知，功率器件是變流系統(tǒng)中失效率最高的部件，約占34％。在各類(lèi)失效因素中，約55％的電力電子系統(tǒng)失效主要由溫度因素誘發(fā)。因而為了避免功率模塊的嚴(yán)重性能退化甚至是災(zāi)難性損壞,功率模塊的最高運(yùn)行結(jié)溫以及結(jié)溫波動(dòng)應(yīng)受到密切的監(jiān)測(cè)。具體而言,模塊的熱擊穿失效和熱疲勞失效分別是由其的最高運(yùn)行結(jié)溫和結(jié)溫波動(dòng)觸發(fā)的。所以，模塊運(yùn)行結(jié)溫的在線提取與檢測(cè)對(duì)大功率變流系統(tǒng)的安全運(yùn)行及健康管理具有重要的意義。

然而，目前對(duì)模塊運(yùn)行結(jié)溫的在線提取與檢測(cè)普遍存在一系列的問(wèn)題，光學(xué)非接觸式測(cè)量法只能得到模塊外表面特定時(shí)刻的溫度，在測(cè)量時(shí)需要打開(kāi)模塊封裝，屬于破壞性測(cè)量方法，不能實(shí)現(xiàn)igbt(insulatedgatebipolartransistor，絕緣柵雙極型晶體管)模塊內(nèi)功率器件芯片結(jié)溫的在線測(cè)量。熱敏電參數(shù)法需要設(shè)計(jì)專(zhuān)門(mén)的測(cè)量電路，系統(tǒng)控制難度大，測(cè)量精度低。傳統(tǒng)電熱耦合模型結(jié)溫測(cè)量法在建立熱阻網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)存在模塊材料特性難以獲取，模型結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題在于缺少能夠有效反應(yīng)igbt模塊內(nèi)各芯片的瞬態(tài)結(jié)溫的方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供在線計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法和系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)為變流器系統(tǒng)的安全運(yùn)行和健康管理提供精確的功率器件結(jié)溫信息的目的。

第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法，包括：

獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；

根據(jù)所述電路狀態(tài)信息和所述損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)所述內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度；

建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)所述功率模塊損耗和所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；

根據(jù)所述基板溫度和所述結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述電路狀態(tài)信息包括主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和當(dāng)前結(jié)溫信息，所述根據(jù)所述電路狀態(tài)信息和所述損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗包括：

根據(jù)所述主電路采樣電壓、所述電流、所述開(kāi)關(guān)占空比、所述開(kāi)關(guān)頻率和所述損耗參數(shù)計(jì)算所述功率模塊損耗；

根據(jù)所述當(dāng)前結(jié)溫信息對(duì)所述功率模塊損耗進(jìn)行修正。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述內(nèi)置熱敏電阻壓降信息包括熱敏電阻壓降值，所述根據(jù)所述內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度包括：

通過(guò)負(fù)溫度系數(shù)ntc電阻測(cè)量電路的分壓電路測(cè)量所述熱敏電阻壓降值；

通過(guò)查表得到與所述熱敏電阻壓降值相對(duì)應(yīng)的所述基板溫度。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型包括：

根據(jù)功率模塊版圖建立功率模塊有限元模型，并通過(guò)模塊生產(chǎn)商提供的瞬態(tài)熱阻曲線對(duì)所述功率模塊有限元模型進(jìn)行修正；

對(duì)修正的所述功率模塊有限元模型進(jìn)行仿真，依次得到所有開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線；

根據(jù)所述結(jié)溫響應(yīng)曲線和所述熱敏電阻溫度變化曲線，依次求得所述所有開(kāi)關(guān)器件的熱阻抗曲線，其中，所述熱阻抗包括自熱阻抗和耦合熱阻抗；

對(duì)所述熱阻抗曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到熱阻抗表達(dá)式；

根據(jù)所述熱阻抗表達(dá)式得到二階foster熱阻抗等效電路，并根據(jù)所述二階foster熱阻抗等效電路建立所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型。

結(jié)合第一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第一方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述根據(jù)所述功率模塊損耗和所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述結(jié)溫溫升：

δt(t)＝z(t)*p(t)

其中，δt(t)為所述結(jié)溫溫升，z(t)為所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，p(t)為所述功率模塊損耗。

第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的系統(tǒng)，包括:

獲取單元，用于獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；

第一計(jì)算單元，用于根據(jù)所述電路狀態(tài)信息和所述損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)所述內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度；

第二計(jì)算單元，用于建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)所述功率模塊損耗和所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；

第三計(jì)算單元，用于根據(jù)所述基板溫度和所述結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第一種可能的實(shí)施方式，其中，所述電路狀態(tài)信息包括主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和當(dāng)前結(jié)溫信息，所述第一計(jì)算單元包括：

根據(jù)所述主電路采樣電壓、所述電流、所述開(kāi)關(guān)占空比、所述開(kāi)關(guān)頻率和所述損耗參數(shù)計(jì)算所述功率模塊損耗；

根據(jù)所述當(dāng)前結(jié)溫信息對(duì)所述功率模塊損耗進(jìn)行修正。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第二種可能的實(shí)施方式，其中，所述內(nèi)置熱敏電阻壓降信息包括熱敏電阻壓降值，所述第一計(jì)算單元還包括：

通過(guò)ntc電阻測(cè)量電路的分壓電路測(cè)量所述熱敏電阻壓降值；

通過(guò)查表得到與所述熱敏電阻壓降值相對(duì)應(yīng)的所述基板溫度。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第三種可能的實(shí)施方式，其中，所述第二計(jì)算單元包括：

根據(jù)功率模塊版圖建立功率模塊有限元模型，并通過(guò)模塊生產(chǎn)商提供的瞬態(tài)熱阻曲線對(duì)所述功率模塊有限元模型進(jìn)行修正；

對(duì)修正的所述功率模塊有限元模型進(jìn)行仿真，依次得到所有開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線；

根據(jù)所述結(jié)溫響應(yīng)曲線和所述熱敏電阻溫度變化曲線，依次求得所述所有開(kāi)關(guān)器件的熱阻抗曲線，其中，所述熱阻抗包括自熱阻抗和耦合熱阻抗；

對(duì)所述熱阻抗曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到熱阻抗表達(dá)式；

根據(jù)所述熱阻抗表達(dá)式得到二階foster熱阻抗等效電路，并根據(jù)所述二階foster熱阻抗等效電路建立所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型。

結(jié)合第二方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了第二方面的第四種可能的實(shí)施方式，其中，所述第二計(jì)算單元還包括：

根據(jù)下式計(jì)算所述結(jié)溫溫升：

δt(t)＝z(t)*p(t)

其中，δt(t)為所述結(jié)溫溫升，z(t)為所述熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，p(t)為所述功率模塊損耗。

本發(fā)明提供計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法和系統(tǒng)，方法包括：獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和模塊內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；根據(jù)電路狀態(tài)信息和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)模塊內(nèi)部芯片與內(nèi)置熱敏電阻所提供的溫度信息作為參考溫度，同時(shí)考慮功率模塊內(nèi)部芯片之間的熱耦合，建立一個(gè)更簡(jiǎn)化的igbt模塊熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)功率模塊損耗和熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；根據(jù)基板溫度和結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫，實(shí)現(xiàn)igbt瞬時(shí)工作結(jié)溫的在線獲取。本發(fā)明充分利用功率模塊內(nèi)部已有的熱敏電阻資源，建立基于功率模塊電熱耦合模型的結(jié)溫測(cè)量系統(tǒng)，可以高效地實(shí)現(xiàn)為變流器系統(tǒng)的安全運(yùn)行和健康管理提供精確的功率器件結(jié)溫信息的目的。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)在說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉較佳實(shí)施例，并配合所附附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的步驟s102方法流程圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的另一步驟s102方法流程圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例一提供的步驟s103方法流程圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例一提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法的另一流程圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例一提供的以環(huán)境溫度作為溫度參考點(diǎn)的傳統(tǒng)熱阻網(wǎng)絡(luò)模型和以熱敏電阻溫度作為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例一提供的以ntc溫度為參考點(diǎn)的foster熱阻抗網(wǎng)絡(luò)圖。

圖標(biāo)：

10-獲取單元；20-第一計(jì)算單元；30-第二計(jì)算單元；40-第三計(jì)算單元。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

目前，對(duì)模塊運(yùn)行結(jié)溫的在線提取與檢測(cè)普遍存在一系列的問(wèn)題，缺少能夠有效反應(yīng)igbt模塊內(nèi)各芯片的瞬態(tài)結(jié)溫的方法?；诖?，本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法以及系統(tǒng)，可以高效地實(shí)現(xiàn)為變流器系統(tǒng)的安全運(yùn)行和健康管理提供精確的功率器件結(jié)溫信息的目的。

本發(fā)明實(shí)施例以熱電耦合為前提來(lái)在線計(jì)算器件結(jié)溫，以在三相電壓型逆變器中的應(yīng)用為例說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法。

實(shí)施例一：

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法流程圖。

參照?qǐng)D1，計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法包括：

步驟s101，獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；

步驟s102，根據(jù)電路狀態(tài)信息和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度；

具體地，建立開(kāi)關(guān)器件功率損耗模型，功率損耗模型通過(guò)從逆變器工作主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比，開(kāi)關(guān)頻率等電信號(hào)以及器件數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的損耗參數(shù)來(lái)計(jì)算功率模塊損耗p(t)。

步驟s103，建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)功率模塊損耗和熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；

具體地，根據(jù)模塊內(nèi)部芯片與內(nèi)置熱敏電阻以及模塊內(nèi)部各芯片之間的熱耦合關(guān)系建立熱阻網(wǎng)絡(luò)模型。對(duì)三相逆變器全橋中所有開(kāi)關(guān)器件建立熱阻模型z(t)，熱阻模型利用功率損耗模型所計(jì)算的功率模塊損耗p(t)來(lái)計(jì)算出開(kāi)關(guān)器件芯片結(jié)溫溫升δt(t)。

步驟s104，根據(jù)基板溫度和結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫。

具體地，根據(jù)熱阻網(wǎng)絡(luò)模型所計(jì)算出的開(kāi)關(guān)器件結(jié)溫溫升δt(t)和ntc(negativetemperaturecoefficient，負(fù)溫度系數(shù))電阻測(cè)量電路所計(jì)算出的基板溫度tntc即可計(jì)算出開(kāi)關(guān)器件瞬時(shí)工作結(jié)溫tj，可根據(jù)公式(1)計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫tj，，同時(shí)將獲取的結(jié)溫tj反饋給損耗模型用于修正器件功率損耗模型以實(shí)現(xiàn)電熱耦合；

tj＝δt(t)+tntc(1)

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電路狀態(tài)信息包括主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和當(dāng)前結(jié)溫信息，根據(jù)電路狀態(tài)信息和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗包括：

參照?qǐng)D2，步驟s201，根據(jù)主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗；

步驟s202，根據(jù)當(dāng)前結(jié)溫信息對(duì)功率模塊損耗進(jìn)行修正。

具體地，功率模塊損耗主要包含通態(tài)損耗和開(kāi)關(guān)損耗，同時(shí)考慮到結(jié)溫對(duì)器件功率損耗的影響還需要從獲取當(dāng)前的結(jié)溫信息來(lái)修正功率損耗模型。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，內(nèi)置熱敏電阻壓降信息包括熱敏電阻壓降值，根據(jù)內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度包括：

如圖3所示，步驟s301，通過(guò)ntc電阻測(cè)量電路的分壓電路測(cè)量熱敏電阻壓降值；

步驟s302，通過(guò)查表得到與熱敏電阻壓降值相對(duì)應(yīng)的基板溫度。

具體地，ntc電阻測(cè)量電路利用分壓電路測(cè)量熱敏電阻壓降ur從而計(jì)算出熱敏電阻當(dāng)前阻值r，根據(jù)器件數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的熱敏電阻阻值與溫度對(duì)應(yīng)關(guān)系表，通過(guò)查表的方式得出ntc所測(cè)量的基板溫度tntc。

本發(fā)明實(shí)施例中的關(guān)鍵步驟在于建立以待測(cè)器件內(nèi)部ntc溫度作為參考點(diǎn)的foster傳熱網(wǎng)絡(luò)，賽米控(semikron)semix3型igbt模塊為實(shí)例。該模塊常用于三相逆變器系統(tǒng)中作為一相的橋臂，即在每一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都由三個(gè)并聯(lián)的igbt芯片或二極管芯片同時(shí)工作。由熱力學(xué)原理可知，功率模塊內(nèi)各芯片之間存在熱耦合效應(yīng)。模塊內(nèi)部熱量流動(dòng)，通電芯片工作時(shí)產(chǎn)生的熱量會(huì)經(jīng)dbc層和基板傳遞到熱敏電阻和其它未通電芯片上，引起這些未通電元器件也有溫升。因此在建立熱阻網(wǎng)絡(luò)模型時(shí)可以利用熱敏電阻的溫度作為熱阻網(wǎng)絡(luò)的參考溫度來(lái)替代傳統(tǒng)熱阻網(wǎng)絡(luò)中以環(huán)境溫度作為參考溫度的做法。圖7中的(a)圖和圖7中的(b)圖展示的是以環(huán)境溫度作為溫度參考點(diǎn)的傳統(tǒng)熱阻網(wǎng)絡(luò)模型和以熱敏電阻溫度作為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)，從圖中可以看出改變參考節(jié)點(diǎn)后熱阻網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)可以得到簡(jiǎn)化，即不需要建立從芯片層到散熱器的整個(gè)系統(tǒng)的傳熱網(wǎng)絡(luò)，而只需要建立從igbt功率芯片到熱敏電阻的傳熱網(wǎng)絡(luò)，也就避免了散熱器系統(tǒng)非線性因素及不同測(cè)量點(diǎn)對(duì)測(cè)量精度的影響。另外考慮到igbt模塊內(nèi)部器件之間的熱耦合效應(yīng)，還需要建立起器件之間的傳熱模型使器件結(jié)溫的測(cè)量結(jié)果更加準(zhǔn)確。以下是以semix3型igbt模塊為例建立從功率芯片到熱敏電阻之間的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型的方法。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型包括：

如圖4所示，步驟s401，根據(jù)功率模塊版圖建立功率模塊有限元模型，并通過(guò)瞬態(tài)熱阻曲線對(duì)所述功率模塊有限元模型進(jìn)行修正；

具體地，如圖6所示，根據(jù)廠商的器件使用手冊(cè)提供的功率模塊版圖建立功率模塊的有限元模型，由再結(jié)合器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中提供的瞬態(tài)熱阻曲線來(lái)修正所建立的模型。

步驟s402，對(duì)修正的功率模塊有限元模型進(jìn)行仿真，依次得到所有開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線；

具體地，對(duì)步驟s401中所建立的功率器件模型中的igbt#1表層加載階躍激勵(lì)以模擬器件的功率損耗p1；當(dāng)igbt#1結(jié)溫達(dá)到穩(wěn)定時(shí)即可得到功率模塊中每一個(gè)器件的結(jié)溫響應(yīng)曲線ti和熱敏電阻所在點(diǎn)的溫度變化曲線tntc。

步驟s403，根據(jù)結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線，依次求得所有開(kāi)關(guān)器件的熱阻抗曲線，其中，熱阻抗包括自熱阻抗和耦合熱阻抗；

具體地，可根據(jù)公式(2)求解熱阻抗，來(lái)獲取以ntc的溫度作為參考溫度的芯片熱阻抗曲線z11、z21、z31、z41。

其中，i＝1,2,3,4……表示芯片編號(hào)，z11表示芯片自熱阻抗，z21、z31、z41表示#1igbt與其他芯片之間互耦合熱阻抗。

這里，分別對(duì)igbt#2、fwd#3、以及fwd#4重復(fù)步驟s402和s403來(lái)獲取zi2、zi3、zi4，從而得到一個(gè)該模塊內(nèi)功率芯片熱阻抗矩陣，如式(3)所示；

步驟s404，對(duì)熱阻抗曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到熱阻抗表達(dá)式；

具體地，對(duì)所得的熱阻抗曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合如式(4)所示，由拉普拉斯變換可以得到熱阻抗復(fù)頻域表達(dá)式如式(5)所示，其中τ＝rc。

步驟s405，根據(jù)熱阻抗表達(dá)式得到二階foster熱阻抗等效電路，并根據(jù)二階foster熱阻抗等效電路建立熱阻網(wǎng)絡(luò)模型；

具體地，根據(jù)步驟s404中熱阻抗表達(dá)式可以得到二階foster熱阻抗等效電路，如圖8所示為#1igbt和#2igbt芯片的熱阻抗網(wǎng)絡(luò)等效電路其中z11表示芯片自熱阻抗rc等效電路，z21、z31、z41表示igbt#1與其他芯片之間互耦合熱阻抗rc等效電路。其他芯片熱阻抗網(wǎng)絡(luò)模型也可類(lèi)比得出。利用熱阻網(wǎng)絡(luò)模型即可由公式(6)計(jì)算出任意功率損耗p下器件結(jié)溫的溫升δt。

其中，pi(i＝1，2，3，4)表示芯片i功率損耗。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，根據(jù)功率模塊損耗和熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升包括：

根據(jù)公式(7)計(jì)算結(jié)溫溫升：

δt(t)＝z(t)*p(t)(7)

其中，δt(t)為結(jié)溫溫升，z(t)為熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，p(t)為功率模塊損耗。

需要說(shuō)明的是，本發(fā)明實(shí)施例適用于內(nèi)部封裝有溫度傳感器(ntc)的igbt功率模塊，由式(8)可知igbt功率模塊結(jié)溫可以由器件功率損耗p(t)，熱阻網(wǎng)絡(luò)模型zth(t)以及溫度參考點(diǎn)建立適當(dāng)?shù)碾姛狁詈夏Ｐ蛠?lái)獲取。本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)改變溫度參考點(diǎn)即以igbt模塊內(nèi)部?jī)?nèi)置溫度傳感器(ntc)溫度作為參考點(diǎn)來(lái)獲取模塊芯片結(jié)溫。

tj(t)＝t0+∫p(t)zth(t-τ)dt(8)

本發(fā)明提供計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法和系統(tǒng)，方法包括：獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和模塊內(nèi)置熱敏內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；根據(jù)電路狀態(tài)信息和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)模塊內(nèi)置熱敏內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度；根據(jù)模塊內(nèi)部芯片與內(nèi)置熱敏電阻所提供的溫度信息作為參考溫度，同時(shí)考慮功率模塊內(nèi)部芯片之間的熱耦合，建立一個(gè)更簡(jiǎn)化的igbt模塊熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)功率模塊損耗和熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；根據(jù)基板溫度和結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫，實(shí)現(xiàn)igbt瞬時(shí)工作結(jié)溫的在線獲取。本發(fā)明充分利用功率模塊內(nèi)部已有的熱敏電阻資源，建立基于功率模塊電熱耦合模型的結(jié)溫測(cè)量系統(tǒng)，可以高效地實(shí)現(xiàn)為變流器系統(tǒng)的安全運(yùn)行和健康管理提供精確的功率器件結(jié)溫信息的目的。實(shí)施例二：

圖5為本發(fā)明實(shí)施例二提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

參照?qǐng)D5，計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的系統(tǒng)包括:

獲取單元10，用于獲取電路狀態(tài)信息、損耗參數(shù)和內(nèi)置熱敏電阻壓降信息；

第一計(jì)算單元20，用于根據(jù)電路狀態(tài)信息和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗，并根據(jù)內(nèi)置熱敏電阻壓降信息計(jì)算基板溫度；

第二計(jì)算單元30，用于建立基于模塊內(nèi)置熱敏電阻溫度信息為參考點(diǎn)的熱阻網(wǎng)絡(luò)模型，并根據(jù)功率模塊損耗和熱阻網(wǎng)絡(luò)模型計(jì)算結(jié)溫溫升；

第三計(jì)算單元40，用于根據(jù)基板溫度和結(jié)溫溫升計(jì)算瞬態(tài)結(jié)溫。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，電路狀態(tài)信息包括主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和當(dāng)前結(jié)溫信息，第一計(jì)算單元20包括：

根據(jù)主電路采樣電壓、電流、開(kāi)關(guān)占空比、開(kāi)關(guān)頻率和損耗參數(shù)計(jì)算功率模塊損耗；

根據(jù)當(dāng)前結(jié)溫信息對(duì)功率模塊損耗進(jìn)行修正。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，內(nèi)置熱敏電阻壓降信息包括熱敏電阻壓降值，第一計(jì)算單元20還包括：

通過(guò)ntc電阻測(cè)量電路的分壓電路測(cè)量熱敏電阻壓降值；

通過(guò)查表得到與熱敏電阻壓降值相對(duì)應(yīng)的基板溫度。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二計(jì)算單元30包括：

根據(jù)功率模塊版圖建立功率模塊有限元模型，并通過(guò)模塊生產(chǎn)商提供的瞬態(tài)熱阻曲線對(duì)功率模塊有限元模型進(jìn)行修正；

對(duì)修正的功率模塊有限元模型進(jìn)行仿真，依次得到所有開(kāi)關(guān)器件的結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線；

根據(jù)結(jié)溫響應(yīng)曲線和熱敏電阻溫度變化曲線，依次求得所有開(kāi)關(guān)器件的熱阻抗曲線，其中，熱阻抗包括自熱阻抗和耦合熱阻抗；

對(duì)所述熱阻抗曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合得到熱阻抗表達(dá)式；

根據(jù)熱阻抗表達(dá)式得到二階foster熱阻抗等效電路，并根據(jù)二階foster熱阻抗等效電路建立熱阻網(wǎng)絡(luò)模型。

根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例，第二計(jì)算單元30還包括：

根據(jù)公式(1)計(jì)算結(jié)溫溫升。

本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的系統(tǒng)，與上述實(shí)施例提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法具有相同的技術(shù)特征，所以也能解決相同的技術(shù)問(wèn)題，達(dá)到相同的技術(shù)效果。本發(fā)明以igbt模塊中內(nèi)置ntc所提供的溫度信息作為參考溫度，同時(shí)考慮功率模塊內(nèi)部芯片之間的熱耦合，建立一個(gè)更簡(jiǎn)化的igbt模塊電熱耦合模型實(shí)現(xiàn)igbt瞬時(shí)工作結(jié)溫的在線獲取。本發(fā)明既充分利用功率模塊內(nèi)部已有的熱敏電阻資源，無(wú)需額外增加溫度傳感器來(lái)獲取基準(zhǔn)溫度；又簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)foster網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，從去掉了基板層到散熱器層的熱網(wǎng)絡(luò)建模過(guò)程；具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，精度高，計(jì)算量少，響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。從而實(shí)現(xiàn)為變流器系統(tǒng)的安全運(yùn)行和健康管理提供精確的功率器件結(jié)溫信息的目的。

本發(fā)明實(shí)施例所提供的計(jì)算igbt模塊瞬態(tài)結(jié)溫的方法和系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括存儲(chǔ)了程序代碼的計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，所述程序代碼包括的指令可用于執(zhí)行前面方法實(shí)施例中所述的方法，具體實(shí)現(xiàn)可參見(jiàn)方法實(shí)施例，在此不再贅述。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡(jiǎn)潔，上述描述的系統(tǒng)和裝置的具體工作過(guò)程，可以參考前述方法實(shí)施例中的對(duì)應(yīng)過(guò)程，在此不再贅述。

另外，在本發(fā)明實(shí)施例的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

所述功能如果以軟件功能單元的形式實(shí)現(xiàn)并作為獨(dú)立的產(chǎn)品銷(xiāo)售或使用時(shí)，可以存儲(chǔ)在一個(gè)計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中?；谶@樣的理解，本發(fā)明的技術(shù)方案本質(zhì)上或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)做出貢獻(xiàn)的部分或者該技術(shù)方案的部分可以以軟件產(chǎn)品的形式體現(xiàn)出來(lái)，該計(jì)算機(jī)軟件產(chǎn)品存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)介質(zhì)中，包括若干指令用以使得一臺(tái)計(jì)算機(jī)設(shè)備(可以是個(gè)人計(jì)算機(jī)，服務(wù)器，或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等)執(zhí)行本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例所述方法的全部或部分步驟。而前述的存儲(chǔ)介質(zhì)包括：u盤(pán)、移動(dòng)硬盤(pán)、只讀存儲(chǔ)器(rom，read-onlymemory)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盤(pán)等各種可以存儲(chǔ)程序代碼的介質(zhì)。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上所述實(shí)施例，僅為本發(fā)明的具體實(shí)施方式，用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，其依然可以對(duì)前述實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改或可輕易想到變化，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改、變化或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。