一种SiC功率模块热阻测量方法技术

本申请公开了一种SiC功率模块热阻测量方法，方法包括：采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组SiC功率模块的壳温以及集电极‑发射极电压数据；对壳温以及集电极‑发射极电压数据进行线性拟合，并采用Huber Loss待参损失函数求解修订公式的线性拟合参数；测量多组大电流下的SiC功率模块的壳温以及集电极‑发射极电压数据，将壳温和集电极‑发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。本申请解决了现有技术对采集数据采用的线性拟合方法误差较大，精度较差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种SiC功率模块热阻测量方法
本申请涉及电力电子器件
，尤其涉及一种SiC功率模块热阻测量方法。
技术介绍
在电网电能传输过程中，压接封装功率IGBT开始逐渐代替焊接式功率半导体器件。与焊接型IGBT相比，压接型IGBT具有更大的电压电流容量，在实际工作过程中，压接型IGBT会产生大量功耗，因此热阻是影响压接型IGBT可靠性的重要因素。此外，随着城市用电需求增加，功率半导体器件也不断朝高压大电流方向发展，其工作时不可避免会产生大量耗散功率，使器件工作结温上升，造成器件可靠性下降，使用寿命缩短。为了进一步改进变流器，作为新一代宽禁带半导体材料，SiC开始在开关器件领域得到越来越多的重视。SiC器件有着开关频率高、损耗低、耐压高等特点，随着研发进展的不断完成，将会逐渐替代Si器件，成为新一代开关器件的主要材料。为保证IGBT器件可靠性，试验中器件结温的监控具有重要意义。其中，热阻是IGBT可靠性评估的一个重要特征参数，大量文献将IGBT正向饱和压降增大5％、热阻增大20％或门极与发射极短路作为IGBT失效判据。随着IGBT不断退化，热阻会逐渐增大，因此可以通过热阻的变化反映器件的退化状况。经过研究分析发现，器件热阻不是如通常假设的是一个常量，而是随测试条件变化，如何准确得计算功率半导体器件的热阻值将对延长IGBT的使用寿命和提高其应用可靠性具有重要的现实意义。目前热阻测量方法多采用针对结壳热阻的测试方法，即采用小电流的集电极-发射极电压作为热敏参数的测量方法。然而，传统热阻测量方法中对数据测量数量不足，数据采用的线性拟合方法误差较大，不能对部分偏离实际值的点具有较强的鲁棒性，影响拟合精度。针对功率模块中底板与散热介质直接接触的封装类型，采用单点壳温测量值，无法准确反应功率模块壳温的变化趋势，从而降低热阻值的精度，造成测量误差。同时，针对散热器与功率模块底板嵌合型封装结构，对散热器传热系数进行修正，得到修正后的散热器散热功率，计算得到热阻，从而提高测量工况下的准确性。
技术实现思路
本申请提供了一种SiC功率模块热阻测量方法，解决了现有技术对采集数据采用的线性拟合方法误差较大，精度较差的技术问题。本申请第一方面提供一种SiC功率模块热阻测量方法，方法包括：采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组所述SiC功率模块的壳温以及SiC功率模块集电极-发射极电压数据；对所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用HuberLoss待参损失函数求解线性拟合参数，即求得修订公式的温度系数；测量多组大电流下的所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。可选的，所述采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组所述SiC功率模块的壳温以及SiC功率模块集电极-发射极电压数据，具体为：采用多组温度加热SiC功率模块，所述多组温度包括常温，以常温为基准间隔预置温度值设置一个测试温度，测量常温以及所述测试温度对应的SiC功率模块的集电极-发射极电压数据。可选的，在所述对所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用HuberLoss待参损失函数求解线性拟合参数，即求得修订公式的温度系数，还包括：对多组所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合后得到的温度系数求平均，得到修订公式的线性拟合参数。可选的，所述测量多组大电流下的所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻，具体为：分别采用数值为20％、40％、60％、80％和100％额定电流的大电流测试所述SiC功率模块，获取所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将多组大电流的所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。可选的，在所述将多组大电流的所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻之后还包括：若实测温度与环境温度下测得对应的热阻的热阻变化率小于20％，则结束测量。可选的，求解所述结温和热阻的所述修订公式为：Tvj＝Tc1+(UCE3-UCE5)/αVCE；式中，Rth,j-a代表待测IGBT模块结壳间热阻值，Rth,j-f代表待测IGBT模块结-液间热阻；Tvj代表待测IGBT模块结温；Tc1为常温状态下管壳温度，测量电流Ic1产生的集电极-发射极电压为UCE3，αVCE表示温度系数；UCE5表示在关掉大电流后，小电流下测得的集电极-发射极电压；Tcool,in代表散热器进口水温度，Tcool,out代表散热器出口水温度；Pv代表在结壳温度差的情况下的功率损耗。可选的，所述采用HuberLoss待参损失函数求解线性拟合参数，即求得修订公式的温度系数，具体为：式中，y表示采样数据中真实的集电极-发射极饱和电压值，表示通过拟合得到的预测的集电极-发射极饱和电压值；r表示真实值与预测值之间的残差；δ为超参数，可以根据需要进行调整。可选的，还包括：对所述修订公式中的功率损耗进行优化；优化公式为：Pv'＝Q'/t0Q'＝K'·S·ΔTK'＝m(ΔT)λ其中，Q’为修正后的散热功率；S为散热器散热面积；ΔT代表散热器计算温度，即ΔT＝(Tin+Tout)/2-Tc，Tin代表散热器进水口温度，Tout代表散热器出水口温度，Tc代表环境温度；K’为修正后的散热系数，修正指数m，λ均为修正系数，且均为实验数据；t0为大电流通过时间。可选的，还包括将多组大电流下计算得到的热阻进行综合计算，具体为：式中，n代表取不同额定电流的总数，Rth_i代表在每个大电流下的热阻计算值。从以上技术方案可以看出，本申请具有以下优点：本申请中，提供了一种SiC功率模块热阻测量方法，方法包括：采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据；对壳温以及集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用HuberLoss待参损失函数求解线性拟合参数，即求得修订公式的温度系数；测量多组大电流下的SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。本申请通过采用多组温度对SiC功率模块进行测量，从而获取温度系数的准确性；通过采用HuberLoss带参损失函数对温度系数进行优化，提升了基于测试电路测试热阻的准确性。附图说明图1为本申请一种SiC功率模块热阻测量方法的一个实施例的方法流程图；图2为现有技术中常见的一种SiC功率模块的结构示意图；图3为本申请一种SiC功率模块的一个实施例的结构示意图；图4为本申请一种SiC功率模块的热阻测量电路的一个实施例的电路结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，包括：/n采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组所述SiC功率模块的壳温以及SiC功率模块集电极-发射极电压数据；/n对所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用Huber Loss待参损失函数求解修订公式的线性拟合参数；/n测量多组大电流下的所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。/n

【技术特征摘要】
1.一种SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，包括：
采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组所述SiC功率模块的壳温以及SiC功率模块集电极-发射极电压数据；
对所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用HuberLoss待参损失函数求解修订公式的线性拟合参数；
测量多组大电流下的所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。


2.根据权利要求1所述的SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，所述采用多组温度加热SiC功率模块，并采集多组所述SiC功率模块的壳温以及SiC功率模块集电极-发射极电压数据，具体为：
采用多组温度加热SiC功率模块，所述多组温度包括常温，以常温为基准间隔预置温度值设置一个测试温度，测量常温以及所述测试温度对应的SiC功率模块的集电极-发射极电压数据。


3.根据权利要求1所述的SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，在所述对所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合，并采用HuberLoss待参损失函数求解线性拟合参数，即求得修订公式的温度系数，还包括：
对多组所述壳温以及所述集电极-发射极电压数据进行线性拟合后得到的温度系数求平均，得到修订公式的线性拟合参数。


4.根据权利要求1所述的SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，所述测量多组大电流下的所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻，具体为：
分别采用数值为20％、40％、60％、80％和100％额定电流的大电流测试所述SiC功率模块，获取所述SiC功率模块的壳温以及集电极-发射极电压数据，将多组大电流的所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻。


5.根据权利要求1所述的SiC功率模块热阻测量方法，其特征在于，在所述将多组大电流的所述壳温和集电极-发射极电压数据代入修订公式中计算多组大电流对应的结温和热阻之...

【专利技术属性】
技术研发人员：何智鹏，李巍巍，许树楷，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44