專利名稱：用于功率轉(zhuǎn)換模塊的結(jié)溫預(yù)測(cè)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)模塊，尤其涉及用于預(yù)測(cè)運(yùn)行于低頻或直流狀態(tài)下的IGBT模塊中的IGBT的結(jié)溫的方法和裝置。
背景技術(shù)：
IGBT因其優(yōu)越的操作特性(例如，高開關(guān)速度)被用于許多不同類型的功率調(diào)節(jié)模塊，包括交流-直流轉(zhuǎn)換器、直流-交流逆變器、交流-直流-交流轉(zhuǎn)換器等等。例如，在直流-交流逆變器的情況下，排列著六個(gè)IGBT，連同六個(gè)二極管一起，組成逆變器橋。
在開關(guān)操作中，IGBT和二極管產(chǎn)生熱量，熱量的大小和開關(guān)頻率以及通過器件的電流量有關(guān)。當(dāng)IGBT或二極管結(jié)溫超過了與器件類型相關(guān)聯(lián)的特定閾值溫度時(shí)，可知器件將出現(xiàn)故障。為了降低故障率，用于功率調(diào)節(jié)模塊的IGBT和二極管常常安裝在諸如空氣或液體冷卻的散熱片之類的散熱器上，并額定用于特定的電流電平/開關(guān)頻率。
直接測(cè)量二極管或IGBT的結(jié)溫是不可能的，因此器件結(jié)溫只能估計(jì)或預(yù)測(cè)。為了預(yù)測(cè)在開關(guān)操作期間的器件結(jié)溫，一些行業(yè)成員已經(jīng)確定與每種器件類型關(guān)聯(lián)的熱阻抗，并在器件上(例如，與位于結(jié)本身相反而是安裝在器件外殼上)安裝溫度傳感器〔例如，負(fù)溫度系數(shù)傳感器(NTC傳感器)〕。接著，在器件開關(guān)過程中，測(cè)得的器件溫度和熱阻抗用于計(jì)算器件的功率損耗，并因此預(yù)測(cè)IGBT結(jié)溫。在下文中，上述預(yù)測(cè)結(jié)溫的方法將被稱為常規(guī)預(yù)測(cè)方法。這種方法在開關(guān)器件(例如，IGBT、二極管)和其它開關(guān)器件熱絕緣〔即，器件被安裝在單獨(dú)的散熱片上或在同一散熱片上與其它器件分開足夠距離(例如三倍器件寬度大小)〕的情況下運(yùn)作良好。
為減少開關(guān)器件和二極管所需要的空間以及散熱片組件的數(shù)量，在許多情況下，提供具有單一安裝面的單一的散熱片，組成調(diào)節(jié)電路的所有IGBT和二極管都安裝在這單一安裝面上?？上?，當(dāng)器件以緊靠的形式安裝在單一的散熱片上時(shí)，上述常規(guī)預(yù)測(cè)方法顯得不準(zhǔn)確了。在單一散熱片上緊密裝配器件的情況下，由于一個(gè)器件非?？拷崞系钠渌骷?，一個(gè)器件的熱量會(huì)加熱相鄰的器件。在所有工作條件下一個(gè)器件的熱量會(huì)增加相鄰器件的溫度，近鄰加熱效應(yīng)在低開關(guān)頻率以及調(diào)節(jié)電路工作在直流狀態(tài)下時(shí)會(huì)加劇。例如，在至少一些實(shí)驗(yàn)中，已觀察到六組(six-pack)IGBT逆變器模塊中，在直流狀態(tài)下，使用常規(guī)預(yù)測(cè)方法產(chǎn)生了近30攝氏度的最大預(yù)測(cè)誤差。
為避免因預(yù)測(cè)誤差引起的器件故障，一種方案是將轉(zhuǎn)換模塊(例如，逆變器、轉(zhuǎn)換器等)額定在比用于配置模塊的獨(dú)立開關(guān)更低的電流和開關(guān)頻率水平上(即，減少額定值)。盡管這個(gè)方案大體上消除了故障問題，但是該方案相對(duì)比較昂貴，因?yàn)樾枰蠛透F的開關(guān)器件的電路以用于特定電流電平和開關(guān)頻率。此外，由于開關(guān)器件物理上更大，所以用于安裝器件的散熱片更大，且容納轉(zhuǎn)換模塊所需的總空間增加。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，可以通過考慮至少一部分模塊中開關(guān)器件的加熱的影響以及其它外界的加熱特性的影響而充分提高結(jié)溫預(yù)測(cè)算法的精度。因此，本發(fā)明包含通過考慮相鄰器件的加熱特性的至少一子集以及模塊阻抗的至少一子集來相對(duì)精確地預(yù)測(cè)開關(guān)器件結(jié)溫的方法和裝置。
至少一些發(fā)明實(shí)施例包括一種預(yù)測(cè)功率轉(zhuǎn)換模塊中的至少第一開關(guān)器件的器件結(jié)溫的方法，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括所述第一開關(guān)器件和至少第二開關(guān)器件，該方法包含確定表示第二開關(guān)器件的溫度如何影響第一開關(guān)器件的溫度的交叉熱阻抗值的步驟，以及利用所述交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)所述至少第一開關(guān)的溫度的步驟。
在一些情況下，除了第一和第二器件外，所述模塊包括多個(gè)附加的開關(guān)器件，以及所述方法進(jìn)一步包括確定表示附加器件的溫度如何影響第一開關(guān)器件的溫度的多個(gè)附加器件中每一個(gè)附加器件的交叉熱阻抗值的步驟，及利用所有這些交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)至少第一開關(guān)器件的溫度的步驟。
在一些實(shí)施例中，在第二和第一器件之間的交叉熱阻抗值是第一阻抗值，且除了第一和第二器件以外，所述模塊包括至少第三開關(guān)器件，所述方法進(jìn)一步包括確定表示第三器件的溫度如何影響第一器件的溫度的第二交叉熱阻抗值的步驟，其中第一和第二交叉熱阻抗值是不同的。
在一些情況下，該方法進(jìn)一步包括，確定和第一開關(guān)器件關(guān)聯(lián)的固有熱阻抗值的步驟，利用交叉熱阻抗的步驟包含數(shù)學(xué)上組合固有熱阻抗和交叉耦合阻抗來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件溫度。
在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在至少接近模塊處提供溫度傳感器的步驟，確定從第二開關(guān)器件到傳感器的至少一個(gè)耦合熱阻抗的步驟，以及通過傳感器產(chǎn)生溫度值的步驟，利用交叉熱阻抗的步驟包括將交叉耦合阻抗、到傳感器的至少一個(gè)耦合熱阻抗、傳感器產(chǎn)生的溫度值、以及第一開關(guān)器件的固有阻抗數(shù)學(xué)組合來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的結(jié)溫。在一些情況下每個(gè)開關(guān)器件是二極管和IGBT之一。
一些實(shí)施例包括一種預(yù)測(cè)含有多個(gè)開關(guān)器件的功率轉(zhuǎn)換模塊中的至少第一開關(guān)器件的器件結(jié)溫的方法，該方法包含開關(guān)活動(dòng)中的以下步驟，確定第一開關(guān)器件的至少一個(gè)操作特性，并求解利用所確定的操作特性預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的溫度的等式，求解的等式是第一開關(guān)器件相對(duì)多個(gè)開關(guān)器件中其它開關(guān)器件的位置的函數(shù)。在一些情況下，操作特性是第一開關(guān)器件的功率損耗。
在一些情況下，該等式考慮了相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件的功率損耗，以及在第一開關(guān)器件和相鄰器件之間的交叉熱阻抗，所述方法進(jìn)一步包括確定相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件和第一開關(guān)器件之間的交叉熱阻抗的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件的功率損耗的步驟。
在一些情況下，相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件是鄰居器件，且該等式考慮了相鄰所述鄰居器件的開關(guān)器件的功率損耗，以及在相鄰所述鄰居器件的器件間的交叉熱阻抗，所述方法進(jìn)一步包括確定相鄰一鄰居開關(guān)器件的開關(guān)器件和第一開關(guān)器件間的交叉熱阻抗的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件的功率損耗的步驟。
一些實(shí)施例包括一種預(yù)測(cè)功率轉(zhuǎn)換模塊中的器件的至少一子集的器件結(jié)溫的方法，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括形成安裝表面的散熱片以及安裝在所述安裝表面上的六個(gè)IGBT器件和六個(gè)二極管器件，該方法包含確定表示相鄰器件彼此之間溫度互相影響的交叉熱阻抗值的步驟，在開關(guān)活動(dòng)中，確定器件的至少一子集的功率損耗的步驟，以及利用器件功率損耗值和交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟。
在一些情況下，確定功率損耗的步驟包括確定每一個(gè)模塊器件的功率損耗，利用功率損耗值和交叉熱阻抗值的步驟包括利用所述值預(yù)測(cè)每一個(gè)模塊器件的溫度。
在一些實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括在至少接近模塊處提供溫度傳感器的步驟以及通過傳感器感測(cè)模塊的溫度的步驟，利用所述值預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟包括還利用感測(cè)出的溫度值。
在一些情況下，該方法進(jìn)一步包括確定在傳感器和器件的至少一子集間的熱耦合阻抗的步驟，利用所述值預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟還包括利用熱耦合阻抗。
在一些情況下，該方法進(jìn)一步包括確定模塊器件的每一個(gè)的固有阻抗值的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定每個(gè)器件的功率損耗的步驟，利用所述值預(yù)測(cè)溫度的步驟還包括利用每個(gè)器件的固有阻抗值以及功率損耗。
此外，有些實(shí)施例包括一種和包含多個(gè)電氣開關(guān)器件的模塊一起使用的裝置，該裝置用于預(yù)測(cè)至少第一開關(guān)器件的結(jié)溫，所述裝置包含運(yùn)行程序的處理器，來執(zhí)行確定至少第二開關(guān)器件的功率損耗的步驟，利用至少第二開關(guān)器件的功率損耗值來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件結(jié)溫。
在一些情況下，所述裝置進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其中存儲(chǔ)了表示第一和第二器件間熱阻抗的交叉熱阻抗值，所述處理器利用功率損耗值和交叉熱阻抗來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的結(jié)溫。
在一些情況下，所述數(shù)據(jù)庫(kù)包括除第二器件之外的器件子集的交叉熱阻抗值，表示第一器件和每個(gè)其它器件之間的熱阻抗，所述處理器進(jìn)一步確定器件子集中每個(gè)器件的功率損耗值，并利用所有的功率損耗值和交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件結(jié)溫。
通過下面的描述，本發(fā)明的這些和那些目的、優(yōu)點(diǎn)和方面將更加清楚。在描述中，將參考作為說明書的一個(gè)部分的附圖，其中示出了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。此實(shí)施例不需要代表本發(fā)明的全部范圍，且因此作為參考，權(quán)利要求書解釋本發(fā)明的范圍。


圖1為三相逆變器的示意圖；圖2為安裝在機(jī)械散熱片上的逆變器IGBT和二極管的透視圖；圖3為示出了器件結(jié)和外殼層之間熱阻抗的等效電路的示意圖，一般由制造者提供其數(shù)值；圖4是類似圖3的示意圖，但示出了包括說明器件的固有阻抗的附加組件的等效電路；圖5類似圖3，但示出了代表來自相鄰器件的耦合熱阻抗的等效電路；圖6類似圖3，但示出了代表從逆變器器件到NTC溫度傳感器的耦合熱阻抗的等效電路；圖7為示出圖2中當(dāng)二極管D3通電時(shí)二極管D3的器件溫度的實(shí)驗(yàn)和曲線擬合圖；圖8類似圖7，但示出了圖2中當(dāng)二極管D4通電時(shí)，相應(yīng)于開關(guān)S4的曲線；圖9類似圖7，但示出了當(dāng)開關(guān)S4通電時(shí)，相應(yīng)于開關(guān)S3的曲線。
具體實(shí)施例方式
溫度預(yù)測(cè)模型的開發(fā)現(xiàn)在參見附圖，其中相同的附圖標(biāo)記在幾張圖中對(duì)應(yīng)同樣的元素，更明確地，參見圖1，本發(fā)明將在示例的三相直流-交流逆變器型功率調(diào)節(jié)模塊10的上下文中進(jìn)行描述。模塊10包括6個(gè)IGBT開關(guān)器件S1-S6以及6個(gè)二極管(也通常指開關(guān)器件)D1-D6、各二極管分別以反向并聯(lián)關(guān)系連接到各IGBT。IGBT開關(guān)成對(duì)串聯(lián)，跨接在正負(fù)直流總線，每對(duì)的中心節(jié)點(diǎn)連接到三相負(fù)載12(例如，電動(dòng)機(jī))的一個(gè)獨(dú)立的相位上。如在功率轉(zhuǎn)換領(lǐng)域眾所周知那樣，通過開關(guān)IGBT，可以控制輸送到負(fù)載12上的三相電壓。
繼續(xù)參見圖1，電流傳感器23連接到電動(dòng)機(jī)電源線，如標(biāo)簽所暗示的那樣，用于檢測(cè)線路電流。NTC溫度傳感器24安裝在接近至少一個(gè)開關(guān)器件的位置處，用于測(cè)量接近器件的溫度。處理器29接收來自電流傳感器和NTC傳感器24的信號(hào)，并利用收到的信號(hào)預(yù)測(cè)逆變器器件的溫度。
參見圖2，示出了六組逆變器模塊14的透視圖，其中包括機(jī)械散熱片16、三個(gè)安裝基板18、20和22、IGBT S1-S6、二極管D1-D6以及NTC溫度傳感器24。所述散熱片包括水平安裝表面26。IGBT對(duì)與相關(guān)聯(lián)的二極管通過獨(dú)立的一個(gè)基板各自安裝到安裝表面26。例如，IGBT S1和S2和相關(guān)聯(lián)的二極管D1和D2通過器件S1、S2、D1和D2與散熱片安裝表面26之間的基板18而安裝到表面26，器件S3、S4、D3和D4通過器件和表面26之間的基板20安裝到表面26，以此類推。如圖所示，基板18、20和22排列在一排上，這樣基板20在基板18和22之間。NTC傳感器24位于模塊14的一個(gè)角內(nèi)部。盡管沒有示出，但是在鄰近形成有鰭片的散熱片后表面可以提供一個(gè)或多個(gè)風(fēng)扇模塊用于促進(jìn)散熱性能。
為了精確預(yù)測(cè)每一個(gè)模塊器件的溫度，必須解釋不同熱源對(duì)器件溫度的影響。下面的討論推導(dǎo)出考慮了在開關(guān)活動(dòng)中影響器件溫度的所有熱源的方程式。
對(duì)于每個(gè)IGBT或二極管，在器件結(jié)和器件外殼之間的熱阻抗可以用四個(gè)并聯(lián)的RC子電路物理表示，除非另外說明，下文中稱為“層”。所述四層可以如圖3所示串聯(lián)排列，將物理表示變換為數(shù)學(xué)表示。注意到如圖3所示的變換后，子電路的“層”變得沒有意義。在圖3中，熱電阻和對(duì)應(yīng)于R和C組件的時(shí)間常數(shù)值一般由器件制造者提供。表1中示出了對(duì)應(yīng)于EUPEC FS150R12KE3功率轉(zhuǎn)換模塊的四層中的每一層的示例熱電阻和時(shí)間常數(shù)。
表1

從圖3中，可以用下面的數(shù)學(xué)等式表示與功率轉(zhuǎn)換模塊中單個(gè)器件關(guān)聯(lián)的熱阻抗
ZIjc＝Ri1//Ci1+Ri2//Ci2+Ri3//Ci3+Ri4//Ci4等式1ZDjc＝Rd1//Cd1+Rd2//Cd2+Rd3//Cd3+Rd4//Cd4等式2其中ZIjc和ZDjc分別是IGBT器件和二極管器件的結(jié)-殼熱阻抗，Rik和Cik分別是每個(gè)IGBT器件的第K層的熱電阻和電容，而Rdk和Cdk分別是每個(gè)二極管器件的第K層的熱電阻和電容。
由于在本范例中，IGBT和二極管器件直接安裝在空氣冷卻的散熱片上，當(dāng)預(yù)測(cè)每個(gè)器件的溫度時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮外殼溫度的升高。參見圖4，通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到，在外殼的分界面平面和外界之間的熱阻抗可以通過兩個(gè)附加的R-C子電路或?qū)幼魑锢斫?。包括RL5和CL5的散熱片層RC子電路代表與器件對(duì)散熱片的分界面平面和散熱片的鋁相關(guān)聯(lián)的熱脂溫度升高。包括RL6和CL6的外界層RC子電路代表在散熱片的分界面平面和外界平面之間(即，在散熱片和散熱片下空氣之間)的溫度升高。因此，安裝在散熱片上的IGBT和二極管器件的更完整的固有熱阻抗可被圖4中所示的電路數(shù)學(xué)表達(dá)，第i個(gè)IGBT從結(jié)到外界的固有阻抗ZIIii以及第i個(gè)二極管從結(jié)到外界的固有熱阻抗ZDDii可用下列兩個(gè)等式表示ZIIii＝ZIjc+ZII5ii+ZII6ii等式3ZDDii＝ZDjc+ZDD5ii+ZDD6ii等式4其中ZIjc和ZDjc分別是每個(gè)IGBT和二極管的結(jié)和外殼層之間的熱阻抗(見上面的等式1和2)，ZII5ii和ZDD5ii分別是第i個(gè)IGBT和第i個(gè)二極管的散熱片層的熱阻抗，以及ZII6ii和ZDD6ii是外界層的阻抗(即，下標(biāo)“5”和“6”對(duì)應(yīng)圖4中的第5和第6層RC層)。
在功率轉(zhuǎn)換模塊中的IGBT和二極管器件被相互非常靠近地安裝在散熱片上，因此必須考慮器件間的熱耦合以精確預(yù)測(cè)器件溫度。通過實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)到，散熱片上的IGBT和二極管器件之間的耦合熱阻抗可通過并聯(lián)RC子電路代表的兩個(gè)附加層作物理近似。其中一個(gè)是散熱片層，代表從外殼跨過熱脂到散熱片以及從熱脂跨過散熱片到外界的溫度升高。另一個(gè)是外界層，代表散熱片下空氣的溫度升高。因此在IGBT或二極管器件與鄰接器件之間的耦合熱阻抗可被圖5所示數(shù)學(xué)表示，包括含有RL1和CL1以及RL2和CL2的串聯(lián)RC子電路。從第i個(gè)IGBT到第j個(gè)IGBT的耦合ZIIij阻抗以及從第i個(gè)IGBT到第j個(gè)二極管器件的阻抗ZIDij可用下列等式表達(dá)
ZIIij＝ZII5ij+ZII6ij等式5ZIDij＝ZID5ij+ZID6ij等式6其中ZII5ij和ZID5ij分別是在散熱片層從第i個(gè)IGBT到第j個(gè)IGBT以及到第j個(gè)二極管的耦合熱阻抗，而ZII6ij和ZID6ij分別是在外界層從第i個(gè)IGBT到第j個(gè)IGBT以及到第j個(gè)二極管的耦合熱阻抗。通常，兩芯片之間的耦合熱阻抗隨它們的距離增大而減少。
同樣，從第i個(gè)二極管到其它模塊器件的耦合熱阻抗同樣可用下面的等式表達(dá)ZDIij＝ZDI5ij+ZDI6ij等式7ZDDij＝ZID5ij+ZID6ij等式8其中ZDIij和ZDDij分別是從第i個(gè)二極管到第j個(gè)IGBT以及到第j個(gè)二極管的耦合熱阻抗，ZDI5ij和ZDD5ij分別是在散熱片層從第i個(gè)二極管到第j個(gè)IGBT以及到第j個(gè)二極管的耦合熱阻抗，而ZDI6ij和ZDD6ij分別是在外界層從第i個(gè)IGBT到第j個(gè)IGBT以及到第j個(gè)二極管的耦合熱阻抗。
當(dāng)多個(gè)IGBT和二極管工作在單個(gè)模塊上時(shí)，可歸因于其它器件的一個(gè)器件從它的結(jié)到外界之間的總溫度升高是全部IGBT和二極管的貢獻(xiàn)的總和，如下面的等式所示TIk=Σi=16ZII5ki·PIi+Σi=16ZDI6ki·PDi+Tamb]]>等式9TDk=Σi=16ZID5ki·PIi+Σi=16ZDD6ki·PDi+Tamb]]>等式10其中TIk是第k個(gè)IGBT的結(jié)溫，TDk是第k個(gè)二極管的結(jié)溫，PIk是第k個(gè)IGBT的功率損耗，PDk是第k個(gè)二極管的功率損耗，以及Tamb是外界溫度。
IGBT和二極管溫度通常是利用NTC傳感器24(見圖2)確定的溫度值進(jìn)行預(yù)測(cè)的?？墒?，如圖2所示，NTC傳感器與器件結(jié)隔開，那么因此結(jié)和NTC傳感器之間存在熱阻抗，從而傳感器產(chǎn)生的值不能準(zhǔn)確反映結(jié)溫。由于這個(gè)原因，應(yīng)該考慮在器件結(jié)和NTC傳感器之間的熱阻抗的影響，以便準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)溫。利用和上面描述的方法相似的方法，NTC溫度可以通過了解器件損耗以及器件到NTC傳感器的距離來預(yù)測(cè)。圖6中示出了代表從安裝在散熱片上的IGBT和二極管器件到NTC傳感器的耦合熱阻抗的雙層RC電路，其中散熱片和外界層阻抗由包含RL3和CL3以及RL4和CL4的串聯(lián)RC子電路表示。第i個(gè)IGBT和第i個(gè)二極管到NTC傳感器的耦合熱阻抗ZINi和ZDNi分別由下列兩個(gè)等式表示ZINi＝ZIN5i+ZIN6i等式11ZDNi＝ZDN5i+ZDN6i等式12其中ZIN5i和ZIN6i分別是在散熱片層和外界層第i個(gè)IGBT到NTC傳感器的耦合熱阻抗，ZDN5i和ZDN6i分別是在散熱片層和外界層第i個(gè)二極管到NTC傳感器的耦合熱阻抗。
NTC的總溫度升高Tntc表示如下Tntc=Σi=16ZIN5i·PIi+Σi=16ZIN6i·PDi+Tamb]]>等式13將等式3至等式13組合，形成下面的等式利用熱阻抗矩陣和已知器件功率損耗來直接計(jì)算IGBT和二極管溫度估值TI＝ZII·PI+ZDI·PD+Tamb等式14TD＝ZDI·PI+ZDD·PD+Tamb等式15其中TI＝[TI1TI2…TI6]T是IGBT溫度矢量，TD＝[TD1TD2…TD6]T是二極管溫度矢量，PI＝[PI1PI2…PI6]T是IGBT功率損耗矢量，PD＝[PD1PD2…PD6]T是二極管功率損耗矢量，Tamb＝[Tamb1Tamb2…Tamb6]T是外界溫度矢量。
在等式14和15中，ZII、ZDI、ZID和ZDD每個(gè)都是6×6的矩陣，分別代表了從IGBT到IGBT、從IGBT到二極管、從二極管到IGBT和從二極管到二極管的耦合熱阻抗矩陣。6×6的矩陣表示如下ZII=ZII11ZII12...ZII16ZII21ZII22...ZII26............ZiI61ZII62...ZII66]]>
ZDI=ZDI11ZDI12...ZDI16ZDI21ZDI22...ZDI26............ZDI61ZDI62...ZDI66]]>ZID=ZID11ZID12...ZID16ZID21ZID22...ZID26............ZID61ZID62...ZID66]]>ZDD=ZDD11ZDD12...ZDD16ZDD21ZDD22...ZDD26............ZDD61ZDD62...ZDD66]]>其中ZIIij、ZDIij、ZIDij和ZDDij為上面討論的阻抗。
應(yīng)當(dāng)理解到等式14和15相對(duì)復(fù)雜，并且對(duì)于使用標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)微處理器解答來說有些難以負(fù)擔(dān)。由于這個(gè)原因，下文中作出若干假想使得等式14和15簡(jiǎn)化成為可能。至此，基于圖2所示的IGBT和二極管的位置，可以作出若干假想和近似來簡(jiǎn)化等式。首先，外界層中耦合阻抗和固有熱阻抗相等，因此ZII6ij＝ZDI6ij＝ZID6ij＝ZDD6ij＝ZIN6i＝ZDN6i＝Zamb等式16其次，在散熱片層，和離一個(gè)器件相同或相似距離的鄰居或相鄰器件關(guān)聯(lián)的耦合阻抗應(yīng)為近似相等或至少足夠相似，使得這些耦合阻抗之間的差別微不足道可被忽略，因此ZII5ij||i-j|＝1＝ZDD5ij||i-j|＝1＝ZID5ij||i-j|＝1＝ZDI||i-j|＝1＝Z1等式17ZII5ij||i-j|＝2＝ZDD5ij||i-j|＝2＝ZID5ij||i-j|＝2＝ZDI||i-j|＝2＝Z2等式18其中Z1對(duì)應(yīng)于與結(jié)溫待預(yù)測(cè)的特定器件相距一個(gè)器件(即相鄰)的器件，Z2對(duì)應(yīng)于與結(jié)溫待預(yù)測(cè)的特定器件相距兩個(gè)器件的器件。
第三，在散熱片層，在分開相對(duì)遠(yuǎn)距離的器件之間的耦合阻抗可以忽略。例如，雖然相鄰器件和距離第一器件一個(gè)或二個(gè)器件尺寸(即一或兩個(gè)器件寬度)的器件會(huì)影響第一器件的溫度，但是距離第一器件三個(gè)或更多器件尺寸的器件對(duì)第一器件的溫度只有可忽略的影響，因此該影響可被忽略而不會(huì)顯著影響最終溫度預(yù)測(cè)。在此，例如，當(dāng)與結(jié)溫待預(yù)測(cè)的那個(gè)器件相距大于兩個(gè)器件尺寸的器件的影響被忽略時(shí)，下面等式代表的關(guān)系將足夠精確ZII5ij||i-j|＞2＝ZDI5ij||i-j|＞2＝ZID5ij||i-j|＞2＝ZDD||i-j|＞2＝0ZIN5i|i＞2＝ZDN|i＞2＝0等式19組合等式14、以及16至19，組成下面的IGBT溫度矢量等式TI＝[(ZI0+Zjc)I6+Z]PI+[ZDI0·I6+Z]PD+P·Zamb·A+Tamb等式20其中I6是6×6的單位矩陣，P是所有IGBT和二極管的總損耗，A＝[1 1…1]T是6×1的矢量，以及Z是耦合熱阻抗矩陣，它具有以下的形式Z=0Z1Z2000Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1000Z2Z10]]>類似地，等式15至19也可以組合成下面的二極管溫度矢量等式TD＝[(ZD0+ZDjc)I6+Z]PI+[ZID0I6+Z]PD+PZamb·A+Tamb等式21等式13和16至19可以組合來簡(jiǎn)化NTC溫度等式如下Tntc=Σi=13ZIN5iPIi+Σi=13ZDN5iPDi+PZamb·A+Tamb]]>等式22通過檢查等式20-22，應(yīng)認(rèn)識(shí)到在利用NTC傳感器值預(yù)測(cè)IGBT和二極管溫度時(shí)可以取消外界層中的熱阻抗。然而散熱片層的耦合熱阻抗不能被忽略。
等式20和22可組合成下面的等式，用來從NTC傳感器溫度和功率損耗預(yù)測(cè)IGBT結(jié)溫TI-TntcA=[(ZI0+Zjc)I6+Z]PI+[ZDI0·I6+Z]PD-(Σi=13ZIN5iPIi+Σi=13ZDN5iPDi)·A]]>等式23
類似地，等式20和21可組合成下面的等式，用來從NTC傳感器溫度和功率損耗預(yù)測(cè)二極管結(jié)溫TD-TntcA=[(ZD0+ZDjc)I6+Z]PI+[ZID0I6+Z]PD-(Σi=13ZIN5iPIi+Σi=13ZDN5iPDi)·A]]>等式24從等式23和24看出，當(dāng)形成等式23和24時(shí)，等式21和22的外界層阻抗和外界溫度都被取消。
等式23和24中的熱阻抗可通過對(duì)在模塊上的每一個(gè)IGBT和每一個(gè)二極管器件施加脈沖電流來直接計(jì)算。例如，每一個(gè)IGBT和二極管器件可被注入110A，250秒電流脈沖，而在脈沖過程中的器件溫度可被直接測(cè)得和記錄。接著可通過曲線擬合程序(例如，用Mathworks公司所有的Matlab或其它類似軟件編寫的程序)計(jì)算相應(yīng)的熱阻抗。
再次參見圖2并參見圖7，圖7中繪制的數(shù)據(jù)顯示了當(dāng)?shù)谌O管D3通電時(shí)第三二極管D3的實(shí)際溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和曲線擬合溫度。圖8顯示了當(dāng)?shù)谒亩O管D4通電時(shí)第四IGBT S4的實(shí)際溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和曲線擬合溫度。在圖8中可以看到二極管D4的溫度顯然影響相鄰的IGBT S4的溫度。圖9顯示了當(dāng)?shù)谒腎GBT S4通電時(shí)第三IGBT S3的實(shí)際溫度的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和曲線擬合溫度。在圖9中可以看到IGBT S4的溫度顯然影響相鄰的IGBT S3的溫度。
在用來產(chǎn)生圖7到9所示的擬合曲線的曲線擬合程序中，采用兩層模型來近似每一個(gè)器件的耦合及固有熱阻抗。查看圖7到9，兩層熱阻抗模型的效果清楚地得到證實(shí)。
利用曲線擬合軟件和等式23及24確定的示例性的耦合阻抗值列在表2、3和4中，其中表2顯示了散熱片層的熱阻抗值，表3顯示了外界層的耦合熱阻抗，表4顯示了從IGBT和二極管到NTC傳感器的耦合熱阻抗值。
表2

表3


表4

利用表1、2和3，在本范例中，可通過將表1中的四個(gè)有關(guān)IGBT的電阻以及與表2和表3中ZI0散熱片和外界層相關(guān)聯(lián)的電阻相加來產(chǎn)生下列值，從而計(jì)算IGBT的固有熱阻抗RII＝0.3657k/w等式25類似地，再次參見表1、2和3，在本范例中，可通過將表1中的四個(gè)有關(guān)二極管的電阻以及與表2和表3中ZD0散熱片和外界層相關(guān)聯(lián)的電阻相加來產(chǎn)生下列值，從而計(jì)算二極管器件的固有熱阻抗RDD＝0.545k/w等式26將等式25和26表示的值和表2和3中顯示的耦合熱阻抗值(例如，Z1，Z2，Z3等)進(jìn)行比較，可得出下面的結(jié)論。首先，在散熱片層中，在相鄰芯片之間的耦合熱阻抗值Z1，Z2遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于固有阻抗，因此阻抗值Z1，Z2可以至少有些誤差而不會(huì)顯著影響溫度預(yù)測(cè)精度。其次，在外界層中的耦合熱阻抗(見圖3)相比固有阻抗來說是微不足道的，因此可以假定為一致的熱阻抗而不會(huì)顯著影響溫度預(yù)測(cè)精度。這些假定是符合上面的等式23和24是相對(duì)精確的這種理解的。
結(jié)論溫度預(yù)測(cè)等式23和24用于預(yù)測(cè)在器件運(yùn)行在直流情況下時(shí)模塊器件的結(jié)溫。在測(cè)試中，研究了四種模型并相互比較，因此可以確定等式23和24的精確性。
第一個(gè)模型稱為“Rjc模型”，其中假設(shè)均勻的外殼溫度。在這種情況下，NTC溫度假設(shè)等于外殼層。
第二個(gè)模型指“無鄰居”模型，因?yàn)?，如?biāo)記所暗示的那樣，該模型不考慮在鄰居或相鄰的IGBT和二極管間的熱耦合。因此，在這種情況下，假設(shè)Z1和Z2在上面的溫度預(yù)測(cè)等式(即，在等式23和24以及等式20中的Z矩陣)
中每個(gè)都等于0。然而，在第二個(gè)模型中，器件本身的熱阻抗(例如，ZII0，ZDD0)是要考慮的。
第三個(gè)模型指“一個(gè)鄰居”模型，因?yàn)樵撃Ｐ桶紤]在最接近或緊鄰于結(jié)溫待預(yù)測(cè)的特定器件的器件之間的耦合熱阻抗的等式。在此，當(dāng)一個(gè)器件與溫度待預(yù)測(cè)的器件之間至少間隔一個(gè)其它器件時(shí)，耦合熱阻抗值被忽略。因此，在第三個(gè)模型中，在等式20、23和24中的Z2被設(shè)為等于0。
第四個(gè)模型指“兩個(gè)鄰居”模型，因?yàn)樵撃Ｐ桶紤]緊鄰于結(jié)溫待預(yù)測(cè)的特定器件的器件以及鄰近緊鄰器件的器件(即，距溫度待預(yù)測(cè)的器件不超過兩個(gè)器件距離的器件)之間的耦合熱阻抗的等式。在此，一個(gè)器件與溫度待預(yù)測(cè)的器件之間至少間隔兩個(gè)其它器件時(shí)，耦合熱阻抗值被忽略。
在測(cè)試中，類似圖2所示模塊14的逆變器模塊在下面的條件下運(yùn)行直流總線電壓300V開關(guān)頻率2kHz～10kHz負(fù)載電流振幅20A～100A負(fù)載電流角度0°～330°外界溫度22℃在測(cè)試中最熱的器件的溫度升高最大值大約110℃。
表5分別顯示了四個(gè)模型中每一個(gè)的所有IGBT和二極管的最大和最小溫度預(yù)測(cè)誤差Max(Terr)和Min(Terr)。在表5中，Terr被定義為預(yù)測(cè)的結(jié)溫減去測(cè)試溫度，且當(dāng)預(yù)測(cè)溫度高于測(cè)試結(jié)果時(shí)，為正。為了增加功率損耗計(jì)算的精度，通過考慮結(jié)溫的影響而詳細(xì)計(jì)算IGBT和二極管的電壓下降。得出的溫度誤差如表5所示。此外，用最壞情況125℃V/I曲線并忽略結(jié)溫對(duì)電壓下降的影響，還計(jì)算最大電壓下降。假設(shè)125℃曲線時(shí)的最大溫度誤差值在此沒有示出，但是注意到最大值在結(jié)溫影響被考慮時(shí)與圖5所示的那些幾乎相同。因此，可以得出結(jié)論，125℃曲線可被使用而不會(huì)顯著地影響預(yù)測(cè)精度。
表5


從表5中可以看出Rjc模型導(dǎo)致了大的最大溫度預(yù)測(cè)誤差(30℃)。因此，不可能通過在直流狀態(tài)下假設(shè)均勻的外殼溫度和NTC溫度而精確預(yù)測(cè)結(jié)溫。
“一個(gè)鄰居”模型是產(chǎn)生相對(duì)精確結(jié)果的最簡(jiǎn)單模型，而“兩個(gè)鄰居”模型沒有顯著地比一個(gè)鄰居模型更精確。
在考慮了鄰居器件之間的熱分界面后，還有近±10℃的最大溫度預(yù)測(cè)誤差。這些誤差大部分是由正向電壓下降的波動(dòng)、開關(guān)損耗、電流/電壓測(cè)量、不同芯片的非理想幾何形狀和熱電阻產(chǎn)生的。
再次參見表2、3和4，在通過Mathlab或其它一些類似產(chǎn)品確定了用于解答等式23和24的值以后，這些值可以在相關(guān)模塊14(見圖2)的正常運(yùn)行中被用于等式23和24來預(yù)測(cè)器件溫度。
應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，已經(jīng)為以三相電壓源逆變器工作的的六組絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)功率模塊推導(dǎo)了熱模型。用這個(gè)方法，兩個(gè)或更多熱層加入到系統(tǒng)來從NTC傳感器值預(yù)測(cè)芯片溫度。這個(gè)發(fā)明的模型在逆變器運(yùn)行于0或低輸出頻率時(shí)提高了溫度預(yù)測(cè)精度。該模型不復(fù)雜并且可以被容易地集成到微控制器程序來動(dòng)態(tài)地預(yù)測(cè)溫度。
上面描述了本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)具體實(shí)施例。應(yīng)該理解到，在任何此類實(shí)際實(shí)現(xiàn)的開發(fā)中，如在任何工程或設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，必須作出大量與特定實(shí)現(xiàn)相關(guān)的決定來實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目的，例如服從系統(tǒng)相關(guān)和商業(yè)相關(guān)的約束，這對(duì)于不同的實(shí)現(xiàn)來說可能是不相同的。此外，應(yīng)該理解到，這種開發(fā)努力可能是復(fù)雜而且費(fèi)時(shí)的，但是普通技術(shù)人員得益于本揭示，可采用程式化的設(shè)計(jì)、制作和制造的途徑。
因此，本發(fā)明涵蓋了所有落入權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的修改、等價(jià)物和替換。例如，雖然上面描述有用的算法，其中在相鄰和一個(gè)離開的器件之間的熱耦合用于預(yù)測(cè)特定器件的結(jié)溫，然而在一些情況下，可以使用其它算法以考慮其它模塊器件之間甚至所有安裝在相同散熱片構(gòu)件上的模塊器件之間的熱耦合。
此外，雖然本發(fā)明用六組模塊的上下文描述，但是應(yīng)該理解到，本發(fā)明在如四組、十二組、十八組等之類的其它模塊的上下文中也是有用的。
此外，雖然本發(fā)明用包括IGBT的模塊的上下文描述，但是應(yīng)該理解到，本發(fā)明可以用于包含了如MOSFET、IGCT等之類的其它器件類型的其它模塊。
另外，雖然上面描述的NTC位于模塊外殼上，但是在至少一些實(shí)施例中，NTC可以位于其它仍然十分靠近模塊的位置，并且將產(chǎn)生滿意的結(jié)果。
在這一點(diǎn)，應(yīng)該理解到，圖3-6示出的電路不是代表了精確的系統(tǒng)阻抗，而本質(zhì)上是預(yù)測(cè)性的。類似地，基于圖3-6的等式以及上述基于不同假設(shè)的修改不是精確的，而本質(zhì)上是預(yù)測(cè)性的。
權(quán)利要求
1.一種用于預(yù)測(cè)功率轉(zhuǎn)換模塊(14)中的至少第一開關(guān)器件(S1)的器件結(jié)溫的方法，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括所述第一開關(guān)器件和至少第二開關(guān)器件(S2)，所述方法包含以下步驟確定表示所述第二開關(guān)器件如何影響所述第一開關(guān)器件溫度的交叉熱阻抗值(RL1，RL2，CL1，CL2)；以及利用該交叉熱阻抗值預(yù)測(cè)所述至少第一開關(guān)器件的溫度。
2.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，除了第一和第二器件以外，所述模塊包括多個(gè)附加的開關(guān)器件(S3，S4，S5，S6)，所述方法進(jìn)一步包括確定表示附加器件的溫度如何影響第一開關(guān)器件的溫度的多個(gè)附加器件中每一個(gè)附加器件的交叉熱阻抗值的步驟，及利用所有這些交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)所述至少第一開關(guān)器件的溫度的步驟。
3.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，在第二和第一器件之間的交叉熱阻抗值是第一阻抗值，且除了第一和第二器件以外，所述模塊包括至少第三開關(guān)器件(S3)，所述方法進(jìn)一步包括確定表示第三器件(S3)的溫度如何影響第一器件的溫度的第二交叉熱阻抗的步驟，其中第一和第二交叉熱阻抗值是不同的。
4.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定和第一開關(guān)器件(S1)關(guān)聯(lián)的固有熱阻抗值的步驟，利用交叉熱阻抗的步驟包括將固有熱阻抗和交叉耦合阻抗數(shù)學(xué)組合來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件溫度的步驟。
5.如權(quán)利要求4所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在至少接近模塊(14)處提供溫度傳感器(24)的步驟，確定從第二開關(guān)器件(S2)到傳感器(24)的至少一個(gè)耦合熱阻抗(RL4，RL5，GL4，CL5)的步驟，以及通過傳感器產(chǎn)生溫度值的步驟，所述利用交叉熱阻抗的步驟包括將交叉耦合阻抗、到傳感器的至少一個(gè)耦合熱阻抗、傳感器產(chǎn)生的溫度值、以及第一開關(guān)器件的固有阻抗數(shù)學(xué)組合來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的結(jié)溫。
6.如權(quán)利要求1所述方法，其特征在于，每個(gè)開關(guān)器件是二極管和IGBT之一。
7.一種用于預(yù)測(cè)包括多個(gè)開關(guān)器件的功率轉(zhuǎn)換模塊(14)中的至少第一開關(guān)器件(S1)的器件結(jié)溫的方法，該方法包括以下步驟在開關(guān)活動(dòng)中確定所述第一開關(guān)器件的至少一個(gè)操作特性以及求解利用所確定的操作特性預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件(S1)的溫度的等式，求解的等式是第一開關(guān)器件(S1)相對(duì)多個(gè)其它開關(guān)器件的位置的函數(shù)。
8.如權(quán)利要求7所述方法，其特征在于，所述操作特性是第一開關(guān)器件的功率損耗。
9.如權(quán)利要求8所述方法，其特征在于，所述等式考慮了相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件(S2，D1，D2)的功率損耗，以及在第一開關(guān)器件和相鄰器件之間的交叉熱阻抗，所述方法進(jìn)一步包括確定相鄰第一開關(guān)器件(S1)的一開關(guān)器件(S2)和第一開關(guān)器件之間的交叉熱阻抗的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件的功率損耗的步驟。
10.如權(quán)利要求9所述方法，其特征在于，相鄰第一開關(guān)器件的開關(guān)器件(S1，D1)是鄰居器件，所述等式考慮了相鄰所述鄰居器件的開關(guān)器件(D2，D3)的功率損耗，以及在相鄰所述鄰居器件的器件間的交叉熱阻抗，所述方法進(jìn)一步包括確定鄰近一鄰居開關(guān)器件(S2)的一開關(guān)器件(S3)和第一開關(guān)器件(S1)間的交叉熱阻抗的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定相鄰第一開關(guān)器件(S1)的開關(guān)器件的功率損耗的步驟。
11.一種用于預(yù)測(cè)功率轉(zhuǎn)換模塊(14)中的器件的至少一子集(S1，S2)的器件結(jié)溫的方法，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包括形成安裝表面(26)的散熱片以及安裝在所述安裝表面上的的六個(gè)IGBT器件(S1，S2，S3，S4，S5，S6)和六個(gè)二極管器件(D1，D2，D3，D4，D5，D6)，該方法包括以下步驟確定表示相鄰器件之間溫度互相影響的交叉熱阻抗值；在開關(guān)活動(dòng)中，確定器件的至少一子集的功率損耗；以及利用器件功率損耗值和交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟。
12.如權(quán)利要求11所述方法，其特征在于，所述確定功率損耗的步驟包括確定每一個(gè)模塊器件的功率損耗的步驟，并且利用功率損耗值和交叉熱阻抗值的步驟包括利用所述值預(yù)測(cè)每一個(gè)模塊器件的溫度。
13.如權(quán)利要求12所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括在至少接近模塊(14)處提供溫度傳感器(24)的步驟，以及通過傳感器感測(cè)模塊的溫度的步驟，所述利用所述值預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟包括還利用感測(cè)的溫度值。
14.如權(quán)利要求13所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定在傳感器和器件的至少一子集間的熱耦合阻抗(RL4，RL5，CL4，CL5)的步驟，所述利用所述值預(yù)測(cè)模塊器件的至少一子集的溫度的步驟還包括利用熱耦合阻抗。
15.如權(quán)利要求14所述方法，其特征在于，進(jìn)一步包括確定模塊器件的每一個(gè)的固有阻抗值的步驟，以及在開關(guān)活動(dòng)中，確定每個(gè)器件的功率損耗，所述利用所述值預(yù)測(cè)溫度的步驟還包括利用每個(gè)器件的固有阻抗值以及功率損耗。
16.如權(quán)利要求15所述方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)IGBT結(jié)溫的步驟包括求解下列矩陣等式的步驟TI-TntcA=[(ZI0+Zjc)I6+Z]PI+[ZDI0.I6+Z]PD-(Σi=13ZIN5iPIi+Σi=13ZDN5iPDi).A]]>其中TI＝[TI1TI2…TI6]T是IGBT溫度矢量；PI＝[PI1PI2…PI6]T是IGBT功率損耗矢量；PD＝[PD1PD2…PD6]T是二極管功率損耗矢量；Tntc是由接近模塊的傳感器產(chǎn)生的溫度值；A＝[1 1…1]T是6×1的矢量；Zjc是從器件結(jié)到外殼的熱阻抗；ZI0是每個(gè)IGBT對(duì)其自身的固有熱阻抗；ZDI0是從IGBT到二極管的交叉熱阻抗；ZIN5i是從第i個(gè)IGBT到傳感器的耦合熱阻抗；ZDN5i是從第i個(gè)二極管到傳感器的耦合熱阻抗；PIi是第i個(gè)IGBT的功率損耗；PDi是第i個(gè)二極管的功率損耗；I6是6×6的單位矩陣；以及Z是耦合熱阻抗矩陣。
17.如權(quán)利要求16所述方法，其特征在于，所述阻抗矩陣Z如下Z=0Z1Z2000Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1000Z2Z10]]>其中Z1是在相鄰器件之間的交叉熱阻抗，而Z2是通過一第三器件與一第二器件隔離的一第一器件之間的交叉熱阻抗。
18.如權(quán)利要求16所述方法，其特征在于，所述預(yù)測(cè)二極管結(jié)溫的步驟包括求解下列矩陣等式的步驟TD-TntcA=[(ZD0+ZDjc)I6+Z]PI+[ZID0I6+Z]PD-(Σi=13ZIN5iPIi+Σi=13ZDN5iPDi).A]]>其中TD＝[TD1TD2…TD6]T是二極管溫度矢量；PI＝[PI1PI2…PI6]T是IGBT功率損耗矢量；PD＝[PD1PD2…PD6]T是二極管功率損耗矢量；Tntc是由接近模塊的傳感器產(chǎn)生的溫度值；A＝[1 1…1]T是6×1的矢量；Zjc是從器件結(jié)到外殼的熱阻抗；ZD0是每個(gè)二極管對(duì)其自身的固有熱阻抗；ZID0是從二極管到IGBT的交叉熱阻抗；ZIN5i是從第i個(gè)IGBT到傳感器的耦合熱阻抗；ZDN5i是從第i個(gè)二極管到傳感器的耦合熱阻抗；PIi是第i個(gè)IGBT的功率損耗；PDi是第i個(gè)二極管的功率損耗；I6是6×6的單位矩陣；以及Z是耦合熱阻抗矩陣。
19.如權(quán)利要求18所述方法，其特征在于，所述阻抗矩陣Z如下Z=0Z1Z2000Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1Z200Z2Z10Z1000Z2Z10]]>其中Z1是相鄰器件之間的交叉熱阻抗，而Z2是通過一第三器件與一第二器件隔離的一第一器件之間的交叉熱阻抗。
20.一種和包含多個(gè)電氣開關(guān)器件的模塊(14)一起使用的裝置，用于預(yù)測(cè)至少第一開關(guān)器件的結(jié)溫，所述裝置包括處理器(29)，運(yùn)行程序來執(zhí)行以下步驟確定至少第二開關(guān)器件(S2)的功率損耗；利用至少第二開關(guān)器件的功率損耗值來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件(S1)的結(jié)溫。
21.如權(quán)利要求20所述裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括數(shù)據(jù)庫(kù)，其中存儲(chǔ)了表示第一和第二器件間熱阻抗的交叉熱阻抗值，所述處理器利用功率損耗值和交叉熱阻抗來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的結(jié)溫。
22.如權(quán)利要求21所述裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)庫(kù)包括除第二器件之外的器件子集的交叉熱阻抗值，表示第一器件和每個(gè)其它器件之間的熱阻抗，所述處理器進(jìn)一步確定器件子集中的每個(gè)器件的功率損耗值，并利用所有的功率損耗值和交叉熱阻抗值來預(yù)測(cè)第一開關(guān)器件的結(jié)溫。
全文摘要
一種用于預(yù)測(cè)功率轉(zhuǎn)換模塊中的至少第一開關(guān)器件的結(jié)溫的方法和裝置，所述功率轉(zhuǎn)換模塊包含所述第一開關(guān)器件和至少第二開關(guān)器件，所述方法包含確定表示第二開關(guān)器件如何影響第一開關(guān)器件溫度的交叉熱阻抗值的步驟，以及利用該交叉熱阻抗值預(yù)測(cè)所述至少第一開關(guān)器件的溫度的步驟。
文檔編號(hào)G01K7/22GK1952631SQ200610142309
公開日2007年4月25日 申請(qǐng)日期2006年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者R·J·克卡曼, 韋立祥, R·A·洛卡澤維斯基, B·P·布朗, N·格爾哈特, B·W·維斯 申請(qǐng)人:洛克威爾自動(dòng)控制技術(shù)股份有限公司