 最近忙着做IGBT结温相关内容，之前没做过，所以研究了段时间，略有成果后分享给各位，当然，有大神来指点一二更好，本篇会以论文解读分享为切入。本着宁缺毋滥的想法并没有一味的狂分享“拿来版PPT”（此篇例外 ，里面除了自己的见解，有不少论文借鉴），过完这段时间也该过年了，空下来会给大家搞些更有意思的“电控细粮”，所以，关注一下敬请期待。 1、前言 进入正题之前，思考一个问题，为什么要进行IGBT结温估算？ 先看张图：  左图指出变流系统中半导体器件是最关键且最容易失效的部件，其比例达到 34%，右图代表半导体器件失效因素中温度占比55%。这么看，关于温度的把控就显得十分重要了。 有人可能有些疑问： “ 我们公司使用的IGBT自带有NTC，可以搭建电路很方便的把温度反馈出来，为什么还要进行结温估算呢？” “ 并不是所有用到IGBT的场合都会去用IGBT估算，工业应用使用场合中就常常认为NTC测出来的温度与模块基板相近，拿来直接反应IGBT的实时温度。但汽车级使用场合中，功率动则上百千瓦，电流比较大，对IGBT的保护更为看重，外接电路得到的NTC温度与IGBT芯片实际结温存在着一定的差异，另外NTC的热时间常数表现比较慢，响应时间太长，不能准确且及时反映结温波动，这是比较致命的。简单点儿说，只基于NTC进行保护，在工况恶劣情况下不靠谱。 做结温可以使控制器监测更加直接，在堵转、低速大扭矩等极限工况下，能在保证控制器不会过温损坏的条件下发挥出最大输出能力，又能延长IGBT的使用寿命...” 吧啦吧啦说了那么多，也算较完整的回答了这个问题，那么接下来看看应该怎么去做这件事。 论文反馈国内外学者研究的多种结温方法主要分成四类： 1.物理接触式测量法 2. 光学非接触式测量法、 3. 热敏电参数法 4. 热网络模型估计法 第1、2、3种方法这里不过多介绍，通过名字就能基本会意，感兴趣的可以私信分享给你论文，或者根据后面给出的引用论文自己下载。这里着重说一下热网络模型估计法。 热网络模型法考虑模块材料属性与具体的散热形式，将复杂的传热网络等效为简单的电路模型，其一维热网络主要分为 Foster 与 Cauer 两种模型。由于Foster热网络参数比较容易获取且几乎所有半导体厂商都会在 IGBT 数据手册中给出 Foster 网络参数，所以引出了我们今天的重点研究对象----Foster热网络模型法。 大家应该对逆变器颇有了解，下面就是电驱动简化后的模型：  图中包含六个单元，每个单元中包含了相应桥臂的 IGBT 与续流二极管（FWD）芯片。通过芯片的导通与关断对永磁同步电机（PMSM）进行驱动控制。在运行过程中，IGBT 模块的电流与温度会不断发生变化，对应的损耗也会不断地改变。IGBT 模块工作过程中的损耗主要有导通损耗和开关损耗。 导通损耗主要取决于管压降、负载电流、结层温度和占空比，一般由其电流和电压的乘积来确定； 开关损耗主要取决于负载电流与负载电气特性、直流母线电压、结层温度、开关频率等。 为什么要介绍损耗呢？一头雾水？不急，先看下这个公式：  ------公式1 ΔT：芯片结温与参考温度的差 Zth：热阻抗 P：芯片损耗 看到这里，你清晰了吗？嗯，是的，三个变量里面需要计算芯片损耗P、芯片结温、参考温度，才能得到整个系统的热阻抗曲线，而这个总的热阻抗曲线才能拟合出来Foster热网络所需的RC参数，那么，不废话，直接先从损耗计算入手吧 ~ 2、损耗计算 首先在计算损耗时要知道IGBT芯片驱动电流比较小，所以可认为驱动损耗接近为零，忽略不计。再者就是电机驱动的逆变器采用三相桥式拓扑，因此只需分析模块一相的损耗即可。 怎么计算？ 2.1、导通损耗计算 IGBT 模块导通损耗主要包含 IGBT与二极管运行时的导通损耗，其实就是芯片工作在导通状态时饱和压降和集电极电流引起的功率损耗，一般由其电流和电压的乘积来确定。 IGBT导通损耗 假设电流周期为 T1，开关周期为 T2。若电流周期内有N个开关周期，则可用下式计算IGBT导通损耗Pbreakover:  ------公式2 其中 Vce 为 IGBT 通态压降，Ic为IGBT导通电流，D(t)为占空比。 而 T1远大于 T2，故上式可简化为:  ------公式3 二极管的导通损耗  ------公式4 其中Vf 为FWD通态压降，If为二极管导通电流。 根据公式，导通损耗主要与管子导通时的管压降、导通电流、占空比有关，温度也对其中影响，如下图（论文中）  图 1. IGBT 的 Vce与结温 Tj、导通电流 Ic关系图 从这张图可以清晰地看出来，Vce的电压同样受温度的影响，二极管的Vf电压也一样，这里不再列举，详细看论文。 2.2、开关损耗计算 当IGBT工作在开关状态，开关瞬间的电压和电流决定了开关损耗。 IGBT的开关损耗 IGBT单开关周期内的开通损耗Pon与单开关周期内的关断损耗Poff表达式为： 开通损耗Pon为：  ------公式5 关断损耗Poff为：  ------公式6其中 ton、toff为开通时间与关断时间。 其IGBT开关总损耗可以表达为：  ------公式7二极管的开关损耗 二极管在开通过程中其实也会产生一定的损耗，但是由于目前的并联续流二极管具有很快的开通速度，所以其正向恢复能量在总损耗中占的比例较小，这也是为什么数据手册查不到其特性曲线和计算过程主要考虑其关断损耗不考虑开通损耗的原因。 损耗 PDiode表达式为：  ------公式8 |
