一种igbt模块结温保护的方法
技术领域
1.本发明涉igbt模块结温估算策略的研究，具体涉及一种igbt模块结温快速保护的方法。
背景技术：
2.在一般变频器、逆变器、开关电源等电力电子装置中，功率管的温度保护非常重要，通常采用的温度保护的方法是在igbt、mos管等功率器件外壳或者散热器上加装温度传感器来获取器件表面的问题或者散热器的问题来设定一个过温比较阀值，这种方法具有一定的延时性，通常不能对功率器件的芯片结温实现快速实时的保护。而功率管的损坏往往是因为瞬时的大电流或短路电流造成芯片结温度的快速上升烧毁，而此时芯片的壳温或者散热器的温度还没来得及迅速的上升。通过构建实时的结温计算模型可以方便的快速实时的计算出当前的芯片结温度，以实现对功率模块的实时温度保护。
技术实现要素：
3.本发明需要解决的问题是构建igbt模块的热阻抗模型，计算实时损耗，构建实时结温计算模型，过结温比较。
4.为解决对igbt模块芯片的结温实时保护问题，本发明通过构建结温计算模型，具体步骤为：
5.1)通过输入igbt热阻计算参数：ri是第i阶热模型的热阻值，ci是第i阶热模型的热容值、tc为结温计算周期、来计算出igbt模块的热阻抗z
th(j-c)
；
6.τi＝r
ici
[0007][0008]
2)根据igbt模块当前运行的导通压降、载波频率、开通损耗、关断损耗、反向恢复能量参数，计算出igbt的导通损耗、开关损耗、igbt并联的二极管的导通损耗、开关损耗，从而得到总的损耗；
[0009]
igbt的导通损耗：
[0010][0011]
igbt的开关损耗：
[0012][0013]
二极管的导通损耗：
[0014]
[0015]
二极管的开关损耗：
[0016][0017]
其中v
ceo
为igbt的导通压降，i
p
为负载电流峰值，m为调制系数，φ为负载阻抗角，r
ce
为igbt的导通电阻，f
sw
为开关频率，e
on
为igbt导通能量,e
off
为igbt关断能量，e
rec
为二极管反向恢复能量，v
dc
为直流母线电压。
[0018]
总的损耗：
[0019]
p
total
＝p
cond
p
sw
[0020]
3)根据损耗功率和热阻抗导入到结温计算模型中实时计算结温；
[0021][0022]
4)设定结温保护值和实时计算结温进行比较实现对结温的保护。
[0023]
若当前计算结温大于结温最大值则更新结温最大值，否则不变；
[0024]
若结温最大值大于设定的结温保护值则报结温过温故障并停机保护。
[0025]
该方法可以实现在每个开关发波控制周期对igbt模块的芯片温度进行计算和保护，在突然大电流及短路电流的场合能够更迅速的进行过温保护。
附图说明
[0026]
图1为igbt模块的结温保护总流程图
[0027]
图2为igbt模块的结温热阻抗计算流程图；
[0028]
图3为igbt模块运行时周期功率损耗计算流程图；
具体实施方式
[0029]
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。本发明公开的一种igbt模块实时结温保护的具体步骤为：
[0030]
1)igbt模块的热阻抗参数计算、功率损耗参数、结温温度计算、保存当前计算结温、查找最大结温温度值。
[0031]
2)输入四路热阻系数，获取计算周期tc，计算结温校正参数，根据图2公式计算出四路阻抗。
[0032]
3)获取参数导通压降uce、载波频率fs、开通损耗eon、关断损耗eoff、反向恢复能量erec、相电流i，计算导通损耗pon、计算开关损耗psw，最后算出igbt模块的每个周期的总损耗功率p。
[0033]
4)根据结温模型计算公式将图2的热阻抗及图3的损耗功率p代入模型公式可以实时计算出当前芯片的结温温度ti。
[0034]
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
技术特征：
1.一种igbt模块结温保护的方法，其特征在于，包括步骤1、通过输入igbt热阻计算参数：r
i
是第i阶热模型的热阻值，c
i
是第i阶热模型的热容值、
tc
为结温计算周期、来计算出igbt模块的热阻抗z
th(j-c)
；步骤2、根据igbt模块当前运行的导通压降、载波频率、开通损耗、关断损耗、反向恢复能量参数，计算出igbt的导通损耗、开关损耗、igbt并联的二极管的导通损耗、开关损耗，从而得到总的损耗；步骤3、根据损耗功率和热阻抗导入到结温计算模型中实时计算结温；步骤4、设定结温保护值和实时计算结温进行比较实现对结温的保护；若当前计算结温大于结温最大值则更新结温最大值，否则不变；若结温最大值大于设定的结温保护值则报结温过温故障并停机保护。2.根据权利要求1所述的一种igbt模块结温保护的方法，其特征在于，所述步骤1中数据基于以下公式获得：τ
i
＝r
i
c
i
3.根据权利要求1所述的一种igbt模块结温保护的方法，其特征在于，所述步骤2中数据基于以下公式获得：igbt的导通损耗：igbt的开关损耗：二极管的导通损耗：二极管的开关损耗：其中v
ceo
为igbt的导通压降，i
p
为负载电流峰值，m为调制系数，φ为负载阻抗角，r
ce
为igbt的导通电阻，f
sw
为开关频率，e
on
为igbt导通能量,e
off
为igbt关断能量，e
rec
为二极管反向恢复能量，v
dc
为直流母线电压。总的损耗：p
total
＝p
cond
p
sw
。4.根据权利要求1所述的一种igbt模块结温保护的方法，其特征在于，所述步骤3中数据基于以下公式获得：
技术总结
本发明涉及一种IGBT模块结温保护的方法。该结温保护方法针对IGBT在运行过程中动态实时计算模块的芯片结温以实现模块芯片的过温的快速保护。其方法是通过提前输入的IGBT相关的热阻计算出相应的热阻抗，然后通过查询IGBT当前运行的导通压降、载波频率、开通损耗、关断损耗、反向恢复能量参数，根据前面的热阻抗参数和能量损耗来构建实时结温计算模型实时计算出当前的芯片结温，最后通过实时结温和保护阀值进行线性比较以达到实时结温保护的目的。实测结果表明了该方法的有效性和稳定性。实测结果表明了该方法的有效性和稳定性。实测结果表明了该方法的有效性和稳定性。
技术研发人员：彭洵 王胜勇 王傲能
受保护的技术使用者：中冶南方(武汉)自动化有限公司
技术研发日：2021.10.08
技术公布日：2022/2/6
再多了解一些
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