Thermoelectric Modeling of IGBT Modules for Transient Operation
Author
Faur, Ovidiu Nicolae
Term
4. term
Education
Publication year
2013
Submitted on
2013-05-30
Pages
120
Abstract
For at undgå ødelæggelse af IGBT’er i bremsechoppere i vindmølleomformere er det nødvendigt at kende temperaturen inde i transistorens chip (junction-temperaturen) i realtid. Under hurtige, skiftende driftsforhold er målet at kunne bruge færrest mulige parallelkoblede transistorer uden at gå på kompromis med robustheden, herunder at bevare samme varighed af ride-through ved netfejl (fault ride-through). Projektet præsenterer en ny elektro-termisk model af bremsechopperen. Den termiske del er opbygget som et stigenetværk for at øge nøjagtigheden, og modellen bruger den termiske information til at efterligne, hvordan kollektor-emitter-spændingsfaldet ændrer sig dynamisk med temperaturen. Der foreslås en testopsætning, som efterligner driftsforholdene i en bremsechopper i en vindmølle i felten. Opsætningen kræver dimensionering af elektriske komponenter, udformning af kølesystem, samt design af styre- og måleprint (PCB’er). Styreprintet er udformet med fokus på selvbeskyttelse. Som slutresultat præsenteres en enkel og præcis estimator for chiptemperaturen, hvis hovedfordel er, at den kun bruger elektriske målinger: kollektorstrøm og kollektor-emitter-spændingsfald.
To prevent damage to IGBTs in braking choppers used in wind turbine converters, it is essential to know the transistor’s internal chip temperature (junction temperature) in real time. During rapidly changing operating conditions, manufacturers want to minimize the number of parallel transistors while avoiding physical failure and maintaining the same fault ride-through duration. This project introduces a new electro-thermal model of the braking chopper. The thermal part is implemented as a ladder network for higher accuracy, and the model uses this thermal information to reproduce how the collector–emitter voltage drop changes dynamically with temperature. A test setup is proposed to replicate real field operating conditions for a wind turbine braking chopper. Building this setup requires component sizing, cooling system design, and the design of control and measurement PCBs; the control PCB is designed to be self-protective. Finally, the project presents a simple and accurate estimator for junction temperature whose main advantage is that it relies only on electrical measurements: collector current and the collector–emitter voltage drop.
[This abstract was generated with the help of AI]
Keywords
Documents