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专利号: 2021100127089
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于复频域的IGBT结温估算快速迭代方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:从IGBT的数据手册上获取Foster‑RC热网络模型参数;根据电热比拟理论,将Foster热网络经过拉普拉斯变换,转移到复频域;

Foster热网络中热容Cth经拉氏变换后表示为热阻抗Zth与热势Eth串联,其表达式如下:式中:ΔT0为计算周期起始时刻热容Cth上的温度降;s为拉普拉斯算子;

步骤2:对步骤1获得的复频域下的Foster热网络进行戴维南等效变换,得到复频域下的戴维南等效热网络,进一步化简得复频域下的简化等效热网络模型;

对步骤1获得的复频域下热网络中每一层进行戴维南等效,得到戴维南等效热网络的第i层等效热阻抗Zth,eq,i以及等效热势Eth,eq,i表达式如下:热阻Rth拉普拉斯变换后仍表示为Rth;

进一步化简得复频域下的简化等效热网络模型由等效热阻抗Zth,eq以及等效热势Eth,eq串联构成,其表达式如下:式中:τth,i=Rth,iCth,i为第i层的热时间常数;Rth,i、Cth,i分别为Foster热网络第i层的热阻、热容;ΔT0,i为计算周期起始时刻热容Cth,i上的温度降;n为Foster热网络层数;

步骤3:采样变流器的基波周期相电流,获得相电流的有效值,计算出IGBT的周期平均损耗,根据等面积定则,获得IGBT的周期半正弦损耗,将周期半正弦损耗展开为傅里叶级数并进行拉普拉斯变换,得到周期复频域损耗;

IGBT的周期平均损耗包括通态损耗Pave_conduct和开关损耗Pave_switch;Pave_conduct表达式如下:式中:Ic为变流器基波周期相电流有效值;Vce为一定结温下IGBT的阈值电压;r为IGBT一定结温下的通态电阻;M为变流器调制比; 为变流器功率因数;

Pave_switch表达式如下:

式中:fsw为IGBT开关频率;Iref为损耗计算电流参考值;Vref为电压参考值;Tref为结温参考值;Eon+off为Tref、Iref、Vref下对应的IGBT开关能量;KV为开关损耗的直流电压修正系数;CT为开关损耗的结温修正系数;

由式(4)、式(5)可得IGBT周期平均损耗Paverage为:Paverage=Pave_conduct+Pave_switch             (6)根据等面积原理,由周期平均损耗Paverage得到周期半正弦损耗Phalf_sin:式中:ω=2πf0为基波角频率,f0为基波频率;

对式(7)进行傅里叶级数展开得:

式中:k为常数项;qj、pj分别为正弦项系数、余弦项系数;

对式(8)进行拉普拉斯变换:

步骤4:将步骤3获得的周期复频域损耗注入步骤2获得的复频域简化等效热网络模型,获得复频域下的周期温度响应;对该温度响应进行逆拉普拉斯变换,得到时域下的周期温度响应表达式;

复频域下的周期温度响应ΔTjunction(s)如下:ΔTjunction(s)=Ploss(s)Zth,eq+Eth,eq     (10)时域下的温度响应ΔTjunction(t)如下:

步骤5:重复步骤3‑步骤4,直至迭代结束。

2.根据权利要求1所述的一种基于复频域的IGBT结温估算快速迭代方法,其特征在于,所述步骤5中结温迭代过程中,需要获取计算周期起始时刻热容Cth上的温度降ΔT0即上个迭代周期末尾时刻Cth上的温度降ΔTlast;

根据电热比拟理论,第i层等效热阻抗Zth,eq,i在等效热阻抗Zth,eq中占比为:则每一层在迭代周期末尾时刻Cth,i上的温度降ΔTlast,i为:式中:Δt为迭代计算周期。