一种电力电子器件温度测量方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电力电子器件温度测量方法及系统，涉及电力电子器件技术领域，该方法包括：采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度；根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温。本发明专利技术能够达到准确测量电力电子器件运行结温的目的。运行结温的目的。运行结温的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子器件温度测量方法及系统


[0001]本专利技术涉及电力电子器件
，特别是涉及一种电力电子器件温度测量方法及系统。

技术介绍

[0002]世界上大部分电能均是通过电力电子器件进行变换与控制的，如电动汽车驱动、轨道交通牵引、新能源发电、通讯电源等。结温是电力电子器件的重要状态变量，能直接反映电力电子器件的安全裕量、健康状态以及运行性能等。准确测量结温，不仅有助于提高电力电子器件的运行安全性与可靠性，也是发展电力电子故障预测与健康管理技术的基础。然而由于电力电子器件的封装结构复杂、芯片尺寸小以及温度分布不均等原因，使得电力电子器件的结温测量十分困难。
[0003]目前，国内外研究的电力电子器件温度测量方法主要有热传感器法、红外热成像法、温敏电参数法以及电热模型法。
[0004]热传感器法是一种接触式测温方法，主要通过在电力电子器件芯片内部布置温度传感器，来直接测量电力电子器件的结温，但该方法对温度传感器的安装位置有较高要求，此外还存在响应速度慢、硬件结构复杂以及绝缘安全等问题。
[0005]红外热成像法主要是采用昂贵的热像仪在实验室对电力电子器件的结温进行测量，但该方法需要将电力电子器件的封装结构打开，难以在实际系统中进行在线实施。
[0006]温敏电参数法是一种通过在线测量温敏电参数来间接测量电力电子器件结温的方法，具有响应速度快、非侵入等优点，但是在电力电子器件中，在线准确监测温敏电参数是十分困难的。
[0007]电热模型法是目前工程上运用最广泛的一种电力电子器件结温的测量方法，该方法通过集成在电力电子器件封装内部衬板上的NTC传感器来测量电力电子器件的壳温Tc，然后利用电力电子器件电热模型估算结温。由于电力电子器件的焊层、DBC及衬板等封装结构复杂，导致电力电子器件的结
‑
壳暂态热阻抗热容效应明显，容易引起暂态结温估算偏差。此外，电力电子器件焊层疲劳后，其结
‑
壳暂态热阻抗会逐渐增大，导致结温估算结果显著偏低。

技术实现思路

[0008]为克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种电力电子器件温度测量方法及系统，可达到准确测量电力电子器件运行结温的目的。
[0009]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0010]一种电力电子器件温度测量方法，包括：
[0011]采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度；
[0012]根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温。
[0013]可选的，所述采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度，具体包括：
[0014]将红外温度传感单元安装在所述电力电子器件的附近区域；
[0015]通过所述红外温度传感单元采用非接触方式和在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度。
[0016]可选的，所述根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温，具体包括：
[0017]通过实验标定或仿真计算得到所述电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；
[0018]确定所述电力电子器件的运行工作点；
[0019]采用在线测量技术获取所述运行工作点的运行电压和运行电流；
[0020]根据所述运行电压和所述运行电流计算所述电力电子器件运行时产生的损耗；
[0021]基于所述暂态热阻抗、所述损耗、所述功率端子温度以及所述电热模型，估算所述电力电子器件的运行结温。
[0022]可选的，所述根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温，具体包括：
[0023]根据估算公式Tj＝Tt+Zth*P计算所述电力电子器件的运行结温；
[0024]其中，Tj表示运行结温度；Tt表示功率端子温度；Zth表示电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；P表示电力电子器件运行时产生的损耗。
[0025]一种电力电子器件温度测量系统，包括
[0026]红外温度传感单元，安装在电力电子器件附近区域，用于采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度；
[0027]微控制单元，用于根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温。
[0028]可选的，所述红外温度传感单元为红外温度传感器、红外测温仪或者红外热像仪。
[0029]可选的，所述附近区域为以所述电力电子器件为圆心，半径为1mm～100m的圆形区域。
[0030]可选的，所述微控制单元，具体包括：
[0031]运行工作点确定单元，用于确定电力电子器件的运行工作点；
[0032]暂态热阻抗计算单元，用于通过实验标定或仿真计算得到电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；
[0033]运行电压和运行电流获取单元，用于采用在线测量技术获取所述运行工作点的运行电压和运行电流；
[0034]损耗计算单元，用于根据所述运行电压和所述运行电流计算电力电子器件运行时产生的损耗；
[0035]电力电子器件电热模型单元，用于基于所述暂态热阻抗、所述损耗、所述功率端子温度以及所述电热模型，估算所述电力电子器件的运行结温。
[0036]可选的，所述电力电子器件电热模型单元包括一组表征电力电子器件损耗、暂态热阻抗、端子温度与运行结温相互关系的数学方程；
[0037]其中，数学方程为Tj＝Tt+Zth*P；
[0038]其中，Tj表示运行结温度；Tt表示功率端子温度；Zth表示电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；P表示电力电子器件运行时产生的损耗
[0039]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0040]由于电力电子器件的功率端子与内部芯片直接相连，故可以通过测量功率端子温度来有效反映电力电子器件的运行结温。因此，本专利技术提供了一种电力电子器件温度测量方法及系统，首先通过采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度，然后根据电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算电力电子器件的运行结温，即可达到准确测量电力电子器件运行结温的目的。
[0041]此外，上述获取电力电子器件运行结温的步骤简便、且不受电力电子器件焊层疲劳的影响，可为电力电子器件过温保护、故障预测与健康管理提供有效的技术支撑。
附图说明
[0042]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0043]图1为本专利技术一种电力电子器件温度测量方法的结构示意图；
[0044]图2为本专利技术一种电力电子器件温度测量方法的流程示意图；
[0045]图3为本专利技术一种电力电子器件温度测量系统的结构示意图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电力电子器件温度测量方法，其特征在于，包括：采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度；根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温。2.根据权利要求1所述的一种电力电子器件温度测量方法，其特征在于，所述采用在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度，具体包括：将红外温度传感单元安装在所述电力电子器件的附近区域；通过所述红外温度传感单元采用非接触方式和在线测量技术获取电力电子器件的功率端子温度。3.根据权利要求1所述的一种电力电子器件温度测量方法，其特征在于，所述根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温，具体包括：通过实验标定或仿真计算得到所述电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；确定所述电力电子器件的运行工作点；采用在线测量技术获取所述运行工作点的运行电压和运行电流；根据所述运行电压和所述运行电流计算所述电力电子器件运行时产生的损耗；基于所述暂态热阻抗、所述损耗、所述功率端子温度以及所述电热模型，估算所述电力电子器件的运行结温。4.根据权利要求1或3所述的一种电力电子器件温度测量方法，其特征在于，所述根据所述电力电子器件的电热模型和功率端子温度，估算所述电力电子器件的运行结温，具体包括：根据估算公式Tj＝Tt+Zth*P计算所述电力电子器件的运行结温；其中，Tj表示运行结温度；Tt表示功率端子温度；Zth表示电力电子器件的功率端子到内部芯片的暂态热阻抗；P表示电力电子器件运行时产生的损耗。5.一种电力电子器件温度测量系统，其特征在于，包括红外温度传感单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晖，宋澜，王钰，
申请(专利权)人：阆芯上海电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：