感测功率晶体管的结温度制造技术

一种用于估计逆变器中使用的功率晶体管的结温度的方法，所述方法包括：测量功率半导体的温度相关特性，所述功率半导体包括所述功率晶体管，所述功率晶体管被用在适配成在所述逆变器中使用的功率半导体模块中；以及使用结温度和所述功率半导体的温度相关特性之间的数学关系来估计所述功率半导体的结温度。温度相关特性的测量和由此产生的结温度的估计免于使用分立感测元件。于使用分立感测元件。于使用分立感测元件。

【技术实现步骤摘要】
感测功率晶体管的结温度


[0001]本公开涉及估计功率晶体管的结温度，且更具体而言，涉及使用导通状态测量并且不使用分立温度感测元件来感测逆变器中使用的功率晶体管的结温度。

技术介绍

[0002]电动车辆和电混合动力车辆利用在工作过程中产生大量热量的功率电子器件和电气组件。电动车辆和电混合动力车辆中使用的车辆电机通常包括一个或多个多相交流(AC)电机，这些电机需要逆变器来使用由电池提供的直流(DC)电源。可能需要整流器将AC功率转换成DC功率，以便为车载电池充电。此外，可能需要DC到DC转换器来使功率电子系统内的DC电压电平升压或降压。车辆逆变器通常包括电子开关组件，例如高电压/高电流功率晶体管，其以快速顺序来可控地接通和断开，以便向电机提供多相AC。功率晶体管生成相当大的热量，从而需要热管理/热保护以防止过热并控制逆变器的性能。

技术实现思路

[0003]专利技术者人认识到，控制并向电机供电的逆变器的性能(即，输出电流容量)受到其半导体开关的温度的限制，并且半导体开关的温度估计的改进对于逆变器的总体性能而言是合需的。然而，逆变器应用中功率半导体模块的现有技术温度测量通常涉及使用分立温度感测元件来提供用于功率晶体管(通常但不限于氮化镓FET、碳化硅(SiC)MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，IGBT(绝缘栅双极晶体管)等)的温度信息。分立温度感测元件通常包括在功率晶体管管芯附近附连(使用焊接等技术)到功率模块基板的分开的组件。这一组件通常是NTC(负温度系数)热敏电阻器、PTC(正温度系数)热敏电阻器或RTD(电阻温度检测器)类型的器件。在产品开发期间，所描述的温度感测实施例还可被用于替代诸如红外温度测量之类的其他方法。
[0004]专利技术人进一步认识到这种类型的温度感测方案的缺点。首先，关于半导体管芯的绝对稳态结温度，使用这样的分立感测元件(例如热敏电阻器)是不准确的；其次，这种方法太慢而不能检测功率晶体管结温度的快速变化。
[0005]为了解决上述和其他问题中的至少一些，提供了一种用于估计在电动车辆逆变器中使用的功率晶体管的结温度的实施例。根据本公开的第一方面，方法包括测量功率晶体管的温度相关特性并使用处理器用传递函数来估计功率半导体的结温度，传递函数包括结温度与功率半导体的温度相关特性之间的数学关系，其中温度相关特性的测量和由此进行的结温度的估计免于使用分立感测元件。
[0006]根据另一方面，温度相关特性是导通状态电阻(对于MOSFET功率晶体管)，并且测量温度相关特性包括使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样，使用相电流传感器来感测功率晶体管的漏电流，以及使用处理器用结电流和结电压来计算导通状态电阻。根据另一方面，使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样包括测量在功率晶体管的导通时间期间功率晶体管的漏极和源极之间的电压差，其中使用相电流传感器感
测功率晶体管的漏电流包括测量相电流(对应于在导通状态期间的漏电流)，并且其中导通状态电阻是功率晶体管的漏极和源极之间的导通状态电阻并且被计算为结电压除以漏电流。
[0007]根据另一方面，温度相关特性是导通状态电阻(对于MOSFET功率晶体管)，并且测量温度相关特性包括使用相电流传感器感测功率晶体管的漏极电流，使用峰值电流检测器来检测功率晶体管的峰值电流振幅，使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样，使用峰值电压检测器来检测峰值传导电压，以及使用处理器用峰值电流振幅和峰值传导电压来计算导通状态电阻。根据另一方面，使用定序器将峰值电流振幅和峰值传导电压彼此匹配。
[0008]根据另一方面，温度相关特性是功率晶体管的饱和电压(对于IGBT功率晶体管)，并且测量温度相关特性包括使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样。根据另一方面，使用相电流传感器感测功率晶体管的集电极电流，使用峰值电流检测器来检测功率晶体管的峰值电流振幅，使用定序器将峰值电流振幅和峰值饱和电压进行匹配，以及使用峰值电流振幅和峰值饱和电压基于传递函数来估计功率晶体管的结温度，其中传递函数包括功率晶体管的结温度，作为针对该峰值电流振幅或包括该峰值电流振幅的峰值电流振幅范围的峰值饱和电压的函数。
[0009]根据另一方面，感测电动车辆逆变器中使用的功率晶体管的结温度，该方法包括使用相电流传感器感测功率晶体管的结电流，使用峰值电流检测器来检测功率晶体管的峰值电流振幅；使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样；使用峰值电压检测器来检测峰值传导电压，使用处理器用峰值电流振幅和峰值传导电压来计算导通状态电阻，以及使用映射结温度和导通状态电阻之间的预定关系的传递函数来估计结温度，其中使用定序器将峰值电流振幅和峰值传导电压彼此匹配，并且其中结温度的估计免于使用分立感测元件。
[0010]根据另一方面，一种感测电动车辆逆变器中使用的功率晶体管的结温度的方法，包括使用相电流传感器感测功率晶体管的漏极或集电极电流，使用峰值电流检测器来检测功率晶体管的峰值电流振幅，使用结电压采样电路对功率晶体管的结电压进行采样；使用峰值电压检测器来检测峰值饱和电压，以及使用映射结温度和饱和电压之间的预定关系的传递函数来估计结温度，其中使用定序器将峰值电流振幅和峰值传导电压彼此匹配，并且其中结温度的估计免于使用分立感测元件。根据另一方面，功率晶体管是IGBT(绝缘栅双极晶体管)，使用分立感测元件包括将分立感测元件附连到包括IGBT的基板或附连到包括IGBT的电路板，并且分立感测元件包括一个或多个热敏电阻器、NTC(负温度系数)热敏电阻器、PTC(正温度系数)热敏电阻器、或RTD(电阻温度检测器)。
[0011]根据另一方面，一种适配成感测在电动车辆逆变器中使用的功率晶体管的结温度的系统，包括结电压采样电路以及处理器，结电压采样电路与电动车辆逆变器中的功率晶体管电互连并且被适配成在功率晶体管的导通状态期间对功率晶体管的结电压进行采样以获得所采样的结电压，处理器被适配成基于所采样的结电压估计功率晶体管的结温度，其中该系统没有分立的温度感测元件。根据另一个方面，功率晶体管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)，并且处理器被适配成计算MOSFET的导通状态结电阻，并且基于所采样的结电压和计算得到的导通状态结电阻来估计MOSFET的结温度。
[0012]应该理解，提供以上概述以通过简化形式介绍以下详细描述中进一步描述的一些概念。这并不旨在标识所要求保护主题的关键或必要特征，所要求保护主题的范围由具体实施方式之后的权利要求书来唯一地限定。此外，所要求保护的主题不限于解决在上述或本专利技术的任一部分中提及的任何缺点的实现。
附图说明
[0013]附图被包括在此作为说明书的一部分。本文描述的附图解说了本公开主题的实施例，并且解说了本公开的所选原理和教导。然而，附图没有解说本公开主题的所有可能实现，并且不旨在以任何方式限制本公开的范围。
[0014]图1是根据实施例的包括牵引电池、逆变器和牵引电机的机动车系统的示图。
[0015]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于估计电动车辆逆变器中使用的功率晶体管的结温度的温度估计方法，所述方法包括：测量功率半导体的温度相关特性，所述功率半导体包括所述功率晶体管，所述功率晶体管被用在适配成在所述电动车辆逆变器中使用的功率半导体模块中；以及使用处理器，用传递函数估计所述功率半导体的结温度，其中所述传递函数包括所述功率半导体的所述结温度和所述温度相关特性之间的数学关系，其中温度相关特性的测量和由此产生的结温度的估计免于使用分立感测元件。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度相关特性是导通状态电阻，并且测量所述温度相关特性包括：使用结电压采样电路对所述功率晶体管的结电压进行采样；使用相电流传感器对所述功率晶体管的结电流进行感测；以及使用所述处理器，用所述漏电流和所述结电压来计算所述导通状态电阻。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，使用所述结电压采样电路对所述功率晶体管的结电压进行采样包括测量在所述功率晶体管的导通时间期间在所述功率晶体管的漏极和源极之间的电压差，其中使用所述相电流传感器感测所述功率晶体管的漏电流包括测量在所述功率晶体管的导通时间期间流过所述功率晶体管的漏极的电流，并且其中所述导通状态电阻是所述功率晶体管的漏极和源极之间的导通状态电阻并且被计算为所述结电压除以所述漏电流。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述功率晶体管是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述温度相关特性是导通状态电阻，并且测量所述温度相关特性包括：使用相电流传感器对所述功率晶体管的漏电流进行感测；使用峰值电流检测器对所述功率晶体管的峰值电流振幅进行检测；使用结电压采样电路对所述功率晶体管的结电压进行采样；使用峰值电压检测器对峰值传导电压进行检测；以及使用处理器，用所述峰值电流振幅和所述峰值传导电压来计算所述导通状态电阻。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用定序器将所述峰值电流振幅和所述峰值传导电压彼此匹配。7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，使用所...

【专利技术属性】
技术研发人员：M，
申请(专利权)人：德纳TM四股份有限公司，
类型：发明
国别省市：