(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210721669.4 (22)申请日 2022.06.17 (71)申请人 合肥工业大 学 地址 230009 安徽省合肥市包河区屯溪路 193号 (72)发明人 马铭遥　宋启伟　郭伟生　杨淑英　 王涵宇　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 王挺 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 17/16(2006.01) (54)发明名称 一种IGBT功率模块热网络模型的分区解耦 计算方法 (57)摘要 本发明提供了一种IGBT功率模块热网络模 型的分区解耦计算方法， 属于半导体制造技术领 域。 所述解耦计算方法包括将考虑热耦合效应的 紧凑型热网络模 型拆分为独立热网络模型、 建立 独立的热网络模型的离散化状态方程、 计算第k+ 1个离散周期的独立的热网络模 型的结点温度作 为紧凑型热网络模型的结点 温度值等多个步骤。 该发明能够准确计算IGBT功率模块紧凑型热网 络的结温， 并通过分区解耦的方法提高了结温计 算效率， 该发 明能够嵌入到数字信号处理器中实 现高效率的IGBT功率模块结温在线计算。 权利要求书4页 说明书10页 附图3页 CN 115017722 A 2022.09.06 CN 115017722 A 1.一种IGBT功率模块热网络模型的分区解耦计算方法， 所述IGBT功率模块包括IGBT类 芯片和Diode类芯片， 所述IGBT功率模块热网络模型为考虑热耦合效应的紧凑型热网络模 型， 用于描述1个IGBT芯片及相邻的1个Di ode芯片的传热 行为； 其特征在于， 所述分区解耦计算方法包括以下步骤： 步骤1， 紧凑型 热网络模型的建立和拆分 所述紧凑型热网络模型为IGBT芯片及相邻Diode芯片到参考点之间的二维Cauer热网 络结构， 记为热网络模型M1， 热网络模型M1包括6个温度 结点、 2个输入损耗电流源、 8个热导 和6个热容； 所述6个温度结点记为温度结点Γi， i＝1,2,3,4,5,6， 温度结点Γi的温度记为 结点温度Ti_ref， i＝1,2,3,4,5,6； 所述2个输入损耗电流源分别对应IGBT芯片损耗和Diode 芯片损耗， 并分别记 为输入损耗电流源Pigbt和输入损耗电流源Pdiode； 所述8个热导分别记为 热导G1_3、 热导G2_4、 热导G3_5、 热导G4_6、 热导G3_4、 热导G5_6、 热导G5_0、 热导G6_0； 所述6个热容记 为热容Cj， j＝1,2,3,4,5,6； 所述热网络模型M1分为三层， 由上至下， 温度结点Γ1和温度结点Γ2为第一层， 温度结 点Γ3和温度结点Γ4为第二层， 温度 结点Γ5和温度结点Γ6为第三层， 温度 结点Γ1、 温度结 点Γ3、 温度结点Γ5在垂直方向上对齐， 温度 结点Γ2、 温度结点Γ4和温度结点Γ6在垂直方 向上对齐； 输入损耗电流源Pigbt的一端与温度结点Γ1连接， 另一端接地， 输入损耗电流源Pdiode的 一端与温度结点Γ2连接， 另一端接地； 热导G1_3设置在温度结点Γ1和温度结点Γ3之间， 热 导G2_4设置在温度结点Γ2和温度结点Γ4之间， 热导G3_5设置在温度结点Γ3和温度结点Γ5 之间， 热导G4_6设置在温度结点Γ4和温度结点Γ6之间， 热导G3_4设置在温度结点Γ3和温度 结点Γ4之间， 热导G5_6设置在温度结点Γ5和温度结点Γ6之间， 热导G5_0的一端与温度结点 Γ5连接， 另一端接地， 热导G6_0的一端与温度结点Γ6连接， 另一端接地； 热容C1、 热容C2、 热 容C3、 热容C4、 热容C5、 热容C6的一端分别与温度结点Γ1、 温度结点Γ2、 温度结点Γ3、 温度结 点Γ4、 温度结点Γ5、 温度结点Γ6连接， 另一端接地； 移除热网络模型M1中的热导G3_4和热导G5_6， 将热网络模型M1分解为两个独立的不考虑 热耦合效应的热网络模型， 分别记为热网络模型MT和热网络模型MD； 所述热网络模型MT为三层Cauer 网络结构， 包括3个温度结点、 3个热导、 3个热容和输入 损耗电流源Pigbt， 3个温度结点分别为温度结点Γ1、 温度结点Γ3和温度结点Γ5， 3个热导分 别为热导G1_3、 热导G3_5和热导G5_0， 3个热容分别为热容C1、 热容C3和热容C5； 所述热网络模型MD为三层Cauer 网络结构， 包括3个温度结点、 3个热导、 3个热容和输入 损耗电流源Pdiode， 3个温度结点分别为温度结点Γ2、 温度结点Γ4和温度结点Γ6， 3个热导分 别为热导G2_4、 热导G4_6和热导G6_0， 3个热容分别为热容C2、 热容C4和热容C6； 步骤2， 建立热网络模型MT和热网络模型MD的状态方程并离 散化 步骤2.1， 建立热网络模型MT和热网络模型MD的状态方程 热网络模型MT的状态方程表达式如下： 其中， t是时间， TT为热网络模型MT的结点温度矩阵， TT＝[T1_rdf T3_rdf T5_rdf]； AT为热网络模型MT的系数矩阵， BT为热网络模型MT的输入矩阵， PT为热网络模型MT的输权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115017722 A 2入损耗矩阵， 其表达式分别为： PT＝[Pigbt 0 0]T； 热网络模型MD的状态方程表达式如下： 其中， TD为热网络模型MD的结点温度矩阵,TD＝[T2_rdf T4_rdf T6_rdf]； AD为热网络模型MD的系数矩阵， BD为热网络模型MD的输入矩阵， PD为热网络模型MD的输 入损耗矩阵， 其表达式分别为： PD＝[Pdiode 0 0]T； 步骤2.2， 建立热网络模型MT和热网络模型MD的状态方程的离 散形式表达式 设离散周期为Ts， 并记当前离 散周期为第k个离 散周期； 热网络模型MT的状态方程的离 散形式表达式如下： TT[k+1]＝GTTT[k]+HTPT[k]  (1) 其中， TT[k]为第k个离散周期中热网络模型MT的结点温度矩阵， TT[k+1]为第k+1个离散 周期中热网络模型MT的结点温度矩阵， GT为离散形式的热网络模型MT的系数矩阵且 HT为离散形式的热网络模型MT的输入矩阵且 τ为积分 变量； PT[k]为第k个离散周 期中热网络模型MT的输入损耗矩阵， PT[k]＝[Pigbt(k) 0 0]T， Pigbt(k)为第k个离 散周期中热网络模型MT的温度结点Γ1处的输入损耗； 热网络模型MD的状态方程的离 散形式表达式如下： TD[k+1]＝GDTD[k]+HDPD[k]  (2) 其中， TD[k]为第k个离散周期中热网络模型MD的结点温度矩阵； TD[k+1]为第k+1个离散 周期中热网络模型MD的结点温度矩阵， GD为离散形式的热网络模型MD的系数矩阵且 HD为离散形式的热网络模型MD的输入矩阵且 PD[k]为第k个权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115017722 A 3