一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种功率半导体器件热点温度估计方法，计算功率半导体器件的平均功率损耗，结合该平均功率损耗，基于功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；进而基于参数补偿后的热阻网络，计算功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值，并根据计算的功率半导体器件的平均结温和结温波动的峰峰值，估计功率半导体器件的热点温度。由此保证所估计的热点温度的变化曲线为一条光滑连续、波动较小的曲线，无需逆变器在正常模式和降额控制模式之间反复切换，减少对逆变器的损耗；并且在功率半导体器件老化、冷却系统参数变化等情况下，仍能够保证所估计出的热点温度准确性较高。

A hot spot temperature estimation method and device for power semiconductor devices

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置
本申请涉及电力电子器件温度估计领域，特别是涉及一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置。
技术介绍
随着人们环保意识的不断提高，传统低效率、高能耗的产品已逐渐被基于变频技术的产品取代，现如今基于变频技术的产品已被广泛地应用于日常生活的各个领域中。变频技术实现的关键在于功率半导体器件，目前功率半导体器件主要向高功率密度、高利用率方向发展，这种发展趋势对功率半导体器件的散热系统要求较高，并且对于功率半导体器件来说，其主要的失效模式为热失效。由此可见，为了保证功率半导体器件具有较高的可靠性和较长的使用寿命，需要合理的热管理方法对功率半导体器件内部芯片的热点温度进行在线监控，即对芯片的最高温度进行在线监控，以便根据功率半导体内部芯片的温度相应地进行温度管理。现有的用于监控功率半导体器件热点温度的方法主要有红外热成像法、基于接触式测温芯片的测量法以及基于功率半导体器件功率损耗、热阻网络以及冷却液温度的温度模型方法。其中，红外热成像法和基于接触式测温芯片的测量法均需要在打开功率半导体器件外壳的条件下，测量功率半导体器件的热点温度，这样可能会对功率半导体器件造成损坏，并且不适用于在实际应用中对功率半导体器件的热点温度进行实时监控。而基于功率半导体器件功率损耗、热阻网络以及冷却液温度的温度模型方法将功率半导体器件的瞬时结温作为监控温度，该瞬时结温波动较大，会导致逆变器随着该瞬时结温的波动在“正常模式”和“降额控制模式”之间反复切换，由此将影响逆变器的性能；另外，由于该瞬时结温是基于瞬时功率和瞬时热阻的乘积得到的，当发生逆变器冷却水道堵塞、冷却水流速发生巨大变化或功率半导体器件老化等情况时，热阻网络的参数将会发生变化，由此对功率半导体器件瞬时结温计算的准确性产生影响。综上所述，现有的用于监控功率半导体器件热点温度的方法均存在测量不准确，不适用于在实际应用中监控功率半导体器件的热点温度等问题。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种功率半导体器件热点温度估计方法及装置，保证所估计的热点温度的变化曲线为一条光滑连续、波动较小的曲线，减少对逆变器的损耗；并且即使在功率半导体器件老化、冷却系统参数变化等情况下，所估计出的热点温度仍具有较高的准确性。本申请实施例公开了如下技术方案：第一方面，本申请实施例提供了一种功率半导体器件热点温度估计方法，所述方法包括：计算功率半导体器件的平均功率损耗；基于所述功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值；根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度。可选的，所述基于估计的功率半导体器件热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿，包括：利用所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度、所述功率半导体器件的平均功率损耗以及所述热阻网络，根据功率热阻网络法获得所述估计的热参考点冷却水温度；将测温电阻放置于热参考点测量冷却水温度，获得所述实测的热参考点冷却水温度；根据所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，对所述热阻网络进行线性补偿。可选的，所述根据所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，对所述热阻网络进行线性补偿，包括：利用所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，按照式(1)对热阻网络进行线性补偿：Zth2(t)＝(TNTC-Tw2)/(TNTC-Tw1)×Zth1(t)其中，Zth2(t)为补偿后的所述热阻网络的参数，Zth1(t)为补偿前的所述热阻网络的参数，Tw1为所述估计的热参考点冷却水温度，Tw2为所述实测的热参考点冷却水温度，TNTC为所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度。可选的，所述计算功率半导体器件的平均功率损耗，包括：利用标准SVPWM调制波数学模型、逆变器主电路交流电流信息、功率半导体器件参数、开关频率、逆变器主电路直流母线电压信息以及当前结温信息，计算所述功率半导体器件的平均功率损耗。可选的，所述标准SVPWM调制波数学模型用于计算所述功率半导体器件的占空比，所述标准SVPWM调制波数学模型是在SPWM调制波基础上叠加三次谐波生成的。可选的，所述基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温，包括：利用参数补偿后的所述热阻网络、所述功率半导体器件的平均功率损耗以及所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度，计算所述功率半导体器件的平均结温。可选的，所述基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的结温波动的峰峰值，包括：利用参数补偿后的所述热阻网络、所述功率半导体器件的平均功率损耗以及逆变器主电路的交流电流频率信息，计算所述功率半导体器件的结温波动的峰峰值。可选的，所述根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度，包括：通过叠加所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，获得所述功率半导体器件的热点温度。第二方面，本申请实施例提供了一种功率半导体器件热点温度估计装置，所述装置包括：平均功率损耗计算模块，用于计算功率半导体器件的平均功率损耗；热阻网络补偿模块，用于基于所述功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；结温计算模块，用于基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值；热点温度计算模块，用于根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度。可选的，所述热阻网络补偿模块包括：冷却水温度估计单元，用于利用所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度、所述功率半导体器件的平均功率损耗以及所述热阻网络，根据功率热阻网络法获得所述估计的热参考点冷却水温度；冷却水温度实测单元，用于将测温电阻放置于热参考点测量冷却水温度，获得所述实测的热参考点冷却水温度；线性补偿单元，用于根据所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，对所述热阻网络进行线性补偿。由上述技术方案可以看出，本申请提供的功率半导体器件热点温度估计方法中，基于功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值，估计功率半导体器件的热点温度，能够保证所估计出的热点温度的变化曲线为一条光滑连续、波动较小的曲线，逆变器根据该光滑连续、波动较小的热点温度的变化曲线对功率半导体器件的温度进行控制时，无需在“正常模式”和“降额控制模式”之间反复切换，由此减少了对逆变器的损耗；另外，本申请的功率半导体器件热点温度估计方法是基于参数补偿后的热阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体器件热点温度估计方法，其特征在于，所述方法包括：/n计算功率半导体器件的平均功率损耗；/n基于所述功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；/n基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值；/n根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度。/n

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件热点温度估计方法，其特征在于，所述方法包括：
计算功率半导体器件的平均功率损耗；
基于所述功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；
基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值；
根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于估计的功率半导体器件热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿，包括：
利用所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度、所述功率半导体器件的平均功率损耗以及所述热阻网络，根据功率热阻网络法获得所述估计的热参考点冷却水温度；
将测温电阻放置于热参考点测量冷却水温度，获得所述实测的热参考点冷却水温度；
根据所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，对所述热阻网络进行线性补偿。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，对所述热阻网络进行线性补偿，包括：
利用所述估计的热参考点冷却水温度以及所述实测的热参考点冷却水温度，按照下式对热阻网络进行线性补偿：
Zth2(t)＝(TNTC-Tw2)/(TNTC-Tw1)×Zth1(t)
其中，Zth2(t)为补偿后的所述热阻网络的参数，Zth1(t)为补偿前的所述热阻网络的参数，Tw1为所述估计的热参考点冷却水温度，Tw2为所述实测的热参考点冷却水温度，TNTC为所述功率半导体器件内置测温电阻测得的温度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算功率半导体器件的平均功率损耗，包括：
利用标准SVPWM调制波数学模型、逆变器主电路交流电流信息、功率半导体器件参数、开关频率、逆变器主电路直流母线电压信息以及当前结温信息，计算所述功率半导体器件的平均功率损耗。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述标准SVPWM调制波数学模型用于计算所述功率半导体器件的占空比，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：石绍磊，张兴春，韩永杰，李峥，唐自强，
申请(专利权)人：上海汽车集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31