IGBT器件实时结温计算方法、装置、电子设备及存储介质制造方法及图纸

本申请提供一种IGBT器件实时结温计算方法、装置、电子设备及存储介质，其中，所述方法包括：获取目标路段中IGBT器件的实时的电气参数信息和散热器的初始环境温度；根据电气参数信息确定IGBT器件内IGBT芯片的导通损耗和开关损耗，以及二极管芯片的导通损耗和开关损耗；进而确定IGBT器件的总损耗；基于IGBT器件的总损耗确定散热器的温升；根据IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗确定IGBT芯片与散热器之间的第一结壳温升；并根据二极管芯片的导通损耗、二极管芯片的开关损耗确定二极管芯片与散热器之间的第二结壳温升；基于散热器的温升、第一结壳温升、第二结壳温升和初始环境温度，确定IGBT器件在所述目标路段的实时的结温。温。温。

【技术实现步骤摘要】
IGBT器件实时结温计算方法、装置、电子设备及存储介质


[0001]本申请涉及电子电力
，特别涉及一种IGBT器件实时结温计算方法、 装置、系统及存储介质。

技术介绍

[0002]在轨道交通领域中，IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型 晶体管)器件是控制车辆电机运行的高频开关。因其在工作过程中进行高频的开 通和关断，会产生巨大的热损耗。而过高的温度将会影响IGBT器件的运行效率。 当功率器件中结温超过其所能承受的范围时，会导致IGBT器件过热损坏。另外， 由于城市轨道车辆具有站点多、站间距较短的运行特点，即全线路需要频繁的启 停，使运行中IGBT器件的损耗和结温会实时波动，无法保证IGBT器件实时处 于一个高效的散热条件下，影响其稳定运行和使用寿命。
[0003]IGBT器件的散热器设计，通常需要先进行功率器件的热损耗计算，再根据 实际运行情况选择合适的散热方式，预估热阻，再计算并校核结温，以确保IGBT 器件运行的可靠性和安全性。目前，对于IGBT器件的热损耗和结温计算分析研 究，大致分为两类：一是基于知名半导体器件厂商或自身需求改进开发的仿真计 算工具，如知名公司Infineon的IPOSIM仿真计算工具，采用固定散热器热阻或 温升，但瞬态受限于载荷点的数量，使软件工具的实际工程应用受到限制；二是 是根据热设计软件基于有限元理论进行仿真，仿真精度高，可获得散热器三维流 场与温度场，但有限元瞬态仿真受限于计算机的性能，通常情况下计算效率较低， 一段完整的城轨车辆运行数据，往往需耗时几天才能得出结果，不利于IGBT器 件结温快速响应评估，且作为第三方仿真软件其结果很难直接与列车牵引计算集 成软件相联。
[0004]因此，开发出一种集热损耗计算和实时温升计算为一体的快速响应计算方法， 对于IGBT器件结温实时响应，IGBT可靠性分析及热管理正向优化设计具有十 分重要的意义。

技术实现思路

[0005]针对上述问题，本申请提供了一种IGBT器件实时结温计算方法、装置、系 统及存储介质。
[0006]第一方面，本申请实施例提供了一种IGBT器件实时结温计算方法，包括：
[0007]获取目标路段中IGBT器件的实时的电气参数信息和散热器的初始环境温度；
[0008]根据所述电气参数信息确定IGBT器件内的IGBT芯片的导通损耗、确定 IGBT器件内的IGBT芯片的开关损耗、确定IGBT器件内的二极管芯片的导通 损耗、确定IGBT器件内的二极管芯片的开关损耗；
[0009]基于所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗、二极管芯片的导 通损耗、二极管芯片的开关损耗确定IGBT器件的总损耗；
[0010]基于所述IGBT器件的总损耗确定所述散热器的温升；
[0011]根据所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗确定IGBT芯片与 所述散热器之间的结壳温升，记作第一结壳温升；并根据所述二极管芯片的导通 损耗、二极管芯片的开关损耗确定二极管芯片与所述散热器之间的结壳温升，记 作第二结壳温升；
[0012]基于所述散热器的温升、第一结壳温升、第二结壳温升和所述初始环境温度， 确定所述IGBT器件在所述目标路段的实时的结温。
[0013]可选地，所述IGBT器件在所述目标路段的实时的结温包括所述IGBT芯片 的实时的结温和所述二极管芯片的实时的结温；
[0014]所述IGBT芯片的实时的结温由所述散热器的温升、第一结壳温升和初始环 境温度确定；
[0015]所述二极管芯片的实时的结温由所述散热器的温升、第二结壳温升和初始环 境温度确定。
[0016]可选地，所述IGBT芯片的实时的结温为所述散热器的温升、第一结壳温升 和初始环境温度之和；
[0017]所述二极管芯片的实时的结温为所述散热器的温升、第二结壳温升和初始环 境温度之和。
[0018]可选地，所述第一结壳温升由所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开 关损耗、IGBT芯片到所述散热器的热阻所确定；
[0019]所述第二结壳温升由所述二极管芯片的导通损耗、二极管芯片的开关损耗、 二极管芯片到所述散热器的热阻所确定。
[0020]可选地，所述第一结壳温升
△
T2(t)和所述第二结壳温升
△
T3(t)的计算方式分 别为：
[0021]△
T2(t)＝(P
Qss
(t)+P
sw
(t))*R
Qch
；
[0022]△
T3(t)＝(P
Dss
(t)+P
rr
(t))*R
Dch
；
[0023]式中：t为时间，单位为s；P
Qss
(t)为t时刻所述IGBT芯片的导通损耗；P
sw
(t) 为t时刻所述IGBT芯片的开关损耗；P
Dss
(t)为t时刻所述二极管芯片的导通损 耗；P
rr
(t)为t时刻所述二极管芯片的开关损耗；R
Qch
为所述IGBT芯片到所述散 热器的热阻；R
Dch
为所述二极管芯片到所述散热器的热阻。
[0024]可选地，所述散热器的温升
△
T1(t)的计算方式为：
[0025]△
T1(t
i+1
)＝
△
T1(t
i
)*(exp(
‑
(t
i
‑
t
i
‑1)/τ)+P
total
(t
i+1
)*R
h
*(1
‑
exp(
‑
(t
i+1
‑
t
i
)/τ)；
[0026]式中，t
i
为第i个时刻点；t
i
‑1第i
‑
1个时刻点；t
i+1
为第i+1个时刻点；P
total
(t
i+1
) 为第i+1个时刻点时所述IGBT器件的总损耗；R
h
为所述散热器的热阻；τ为所 述散热器的时间常数。
[0027]可选地，所述IGBT芯片的导通损耗P
Qss
、IGBT芯片的开关损耗P
sw
、所述 二极管芯片的导通损耗P
Dss
、二极管芯片的开关损耗P
rr
、所述IGBT器件的总损 耗P
total
的计算方式分别为：
[0028][0029]P
sw
＝1/π*f
sw
*(E
sw(on)P
+E
sw(off)P
)*I本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种IGBT器件实时结温计算方法，其特征在于，所述方法包括：获取目标路段中IGBT器件的实时的电气参数信息和散热器的初始环境温度；根据所述电气参数信息确定IGBT器件内的IGBT芯片的导通损耗、确定IGBT器件内的IGBT芯片的开关损耗、确定IGBT器件内的二极管芯片的导通损耗、确定IGBT器件内的二极管芯片的开关损耗；基于所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗、二极管芯片的导通损耗、二极管芯片的开关损耗确定IGBT器件的总损耗；基于所述IGBT器件的总损耗确定所述散热器的温升；根据所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗确定IGBT芯片与所述散热器之间的结壳温升，记作第一结壳温升；并根据所述二极管芯片的导通损耗、二极管芯片的开关损耗确定二极管芯片与所述散热器之间的结壳温升，记作第二结壳温升；基于所述散热器的温升、第一结壳温升、第二结壳温升和所述初始环境温度，确定所述IGBT器件在所述目标路段的实时的结温。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述IGBT器件在所述目标路段的实时的结温包括所述IGBT芯片的实时的结温和所述二极管芯片的实时的结温；所述IGBT芯片的实时的结温由所述散热器的温升、第一结壳温升和初始环境温度确定；所述二极管芯片的实时的结温由所述散热器的温升、第二结壳温升和初始环境温度确定。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述IGBT芯片的实时的结温为所述散热器的温升、第一结壳温升和初始环境温度之和；所述二极管芯片的实时的结温为所述散热器的温升、第二结壳温升和初始环境温度之和。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一结壳温升由所述IGBT芯片的导通损耗、IGBT芯片的开关损耗、IGBT芯片到所述散热器的热阻所确定；所述第二结壳温升由所述二极管芯片的导通损耗、二极管芯片的开关损耗、二极管芯片到所述散热器的热阻所确定。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一结壳温升
△
T2(t)和所述第二结壳温升
△
T3(t)的计算方式分别为：
△
T2(t)＝(P
Qss
(t)+P
sw
(t))*R
Qch
；
△
T3(t)＝(P
Dss
(t)+P
rr
(t))*R
Dch
；式中：t为时间，单位为s；P
Qss
(t)为t时刻所述IGBT芯片的导通损耗；P
sw
(t)为t时刻所述IGBT芯片的开关损耗；P
Dss
(t)为t时刻所述二极管芯片的导通损耗；P
rr
(t)为t时刻所述二极管芯片的开关损耗；R
Qch
为所述IGBT芯片到所述散热器的热阻；R
Dch
为所述二极管芯片到所述散热器的热阻。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述散热器的温升
△
T1(t)的计算方式为：
△
T1(t
i+1
)＝
△
T1(t
i
)*(exp(
‑
(t
i
‑
t
i
‑1)/τ)+P
total
(t
i+1
)*R
h
*(1
‑
exp(
‑
(t
i+1
‑
t
i
)/τ)；式中，t
i
为第i个时刻点；t
i
‑1第i
‑
1个时刻点；t
i+1
为第i+1个时刻点；P
total
(t
i+1
)为第i+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴智勇，王雄，黄南，宋郭蒙，窦泽春，王洪峰，范伟，廖军，丁云，
申请(专利权)人：中车株洲电力机车研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：