具有基于温度敏感电参数的在线死区时间调整的功率半导体模块制造技术

提供了一种控制功率半导体模块的方法，该方法包括：监测至少一个运行参数，并且仅当运行参数保持在一范围内并且运行参数的范围具有初始状态时，才发起校准阶段。校准阶段包括测量第一温度敏感电参数，减少死区时间，监测所述运行参数，测量第二温度敏感电参数，仅当运行参数已保持在所述范围内且第二温度敏感电参数的值对应于较低温度值时，才分配死区时间的值，否则仅当运行参数已保持在所述范围内且第二温度敏感电参数的值对应于较高温度值时，才更新状态，存储死区时间和运行参数的范围。围。围。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有基于温度敏感电参数的在线死区时间调整的功率半导体模块


[0001]本公开涉及功率转换器领域，并且尤其涉及转换器的效率和可靠性的改进。

技术介绍

[0002]众所周知，功率转换器的调谐参数对于改进转换器的效率和可靠性是至关重要的。特别是，众所周知的，转换器的性能与死区时间的持续时间直接相关，其中，死区时间被定义为时间延迟，在此期间，转换器的串联连接的两个电源开关被控制为关闭状态。电源开关的控制通常通过选通信号执行。对于死区时间的最佳值，续流开关(即，在转换器的模块的续流状态(freewheeling state)期间进行传导的开关)被切换到准零电压状态，导致没有开关损耗。然而，死区时间值不足会导致交叉传导或续流开关的硬导通切换。另一方面，过大的死区时间值会导致通过开关的体二极管的传导损耗和/或由于二极管反向恢复而导致的切换损耗。
[0003]因此，同步整流电路中要调整的重要参数是转换器开关的死区时间。在本领域中，死区时间通常被固定为满足最坏情况条件的恒定高估值(over
‑
estimated value)。例如，死区时间的典型值为1μs。该调整是次优的，因为它不是特定于开关、辅助组件和运行条件的。其它方法通过基于对体二极管的传导状态的检测动态地确定死区时间或通过利用转换器的性能(诸如损耗或效率)的计算来克服该限制。
[0004]尽管如此，这些方法仍需要高效且深度集成的传感器，这些传感器需要快速和/或与其它传感器结合使用，和/或可能依赖于有关运行条件的假设。因此，这些方法大部分时间都是无效的和/或成本高昂的。

技术实现思路

[0005]本公开改进了这种情况。
[0006]提出了一种控制功率半导体模块的方法，该方法包括以下步骤：
[0007]a.监测所述模块的至少一个运行参数，所述至少一个参数包括负载电流和/或输入电流、环境温度、输入电压值和/或输出电压值，
[0008]b.仅当所述至少一个运行参数在第一时间期间保持在预定义范围内时并且仅当所述至少一个运行参数的值的范围在查找表中具有初始未更新状态时，才发起校准阶段至少一次，其中，现存死区时间(prevailing dead
‑
time)来自先前校准阶段，或者如果先前没有运行校准阶段，则现存死区时间被设置为初始高估值，
[0009]所述校准阶段包括：
[0010]i.测量第一温度敏感电参数；
[0011]ii.将现存死区时间减少到临时死区时间；
[0012]iii.在第一时间之后的第二时间期间，监测所述至少一个运行参数；
[0013]iv.在所述第二预定义时间之后，测量第二温度敏感电参数，所述第二温度敏感电
参数与第一温度敏感电参数的类型相同；
[0014]v.仅当
[0015]‑
在所述第二预定义时间期间，所述至少一个运行参数已保持在所述预定义范围内，并且
[0016]‑
所述第二温度敏感电参数的值对应于模块开关的比与第一温度敏感电参数对应的温度值更低的温度值时，
[0017]将临时死区时间的值分配给现存死区时间
[0018]否则仅当
[0019]‑
在所述第二预定义时间期间，所述至少一个运行参数已保持在所述预定义范围内，并且
[0020]‑
所述第二温度敏感电参数的值对应于比模块开关的与第一温度敏感电参数对应的温度值更高的温度值时，
[0021]更新在所述查找表中的所述至少一个运行参数的值的范围的状态，
[0022]vi.将现存死区时间连同所述至少一个运行参数的值的范围存储到所述查找表中。
[0023]功率半导体模块包括串联连接的至少两个开关。在这种情况下，每对开关构成模块的换向单元。功率转换器包括至少一个模块。
[0024]获得针对至少一个运行参数的值的范围提供模块开关的最小温度值的死区时间。因此，在实现死区时间的该值时会减少损耗，从而提高模块在运行参数的值的范围内的效率和可靠性。特别地，采用本公开的方法，不需要以绝对方式对温度敏感电参数进行校准。事实上，温度敏感电参数的值本身并没有被考虑，而是通过比较来评估死区时间的变化的影响。因此，模块的生产时间被减少，因为不需要对温度敏感电参数进行绝对校准。此外，所提出的方法具有低计算要求并且不依赖于模型，因此该方法可以与运行条件并行执行，从而考虑实际条件，得到调整后的死区时间的简单且精确的确定。
[0025]在另一方面，提出了一种计算机软件，该计算机软件包括指令以在软件由处理器执行时实现如本文所定义的方法的至少一部分。在另一方面，提出了一种计算机可读非暂时性记录介质，在该计算机可读非暂时性记录介质上登记了软件以在软件由处理器执行时实现如本文定义的方法。在另一方面，提出了一种功率半导体模块，该功率半导体模块被设计成实现如本文所定义的方法的至少一部分。功率半导体模块包括串联连接的至少两个开关。
[0026]以下特征可以可选性地、单独地或与其它特征组合实现。
[0027]根据一个实施方式，阶段a.和b.被迭代，直到运行参数的值的范围的状态在查找表中被更新为止。因此，调整后的死区时间对应于通过说明书的方法获得的模块开关的最低温度值。因此，当实现死区时间的该值时，模块的损耗是利用说明书的方法获得的最低值。
[0028]根据一个实施方式，现存死区时间按照在1ns和100ns之间的步长减少。这样的值的范围使得能够根据所要求的精度调谐调整后的死区时间的值。
[0029]根据说明书的实施方式，校准阶段在功率半导体模块的运行阶段期间被执行。因此，考虑了实际条件(而在实现模拟或出厂设置时并非如此)，得到响应于实际条件的约束
(包括参数随着老化的漂移)的调整后的死区时间，并且得到损耗在真实条件下的有效减少。
[0030]根据一个实施方式，温度敏感电参数本身属于被定义为切换频率增加之前和之后温度敏感电参数的值之间的差的类型。这种差分方法(differential approach)增加了温度敏感电参数对模块开关的温度的敏感度。切换频率越高，温度敏感电参数对模块开关的温度的敏感度越高。此外，差分方法减少了测量的偏差，并且能够快速观察死区时间对模块开关的温度的影响。
[0031]此外，根据一个实施方式，运行参数至少包括具有周期波形的电流(I
load
)，并且针对电流周期波形的预定义电流范围执行切换频率的增加。除了之前的实施方式之外，针对电流周期波形的预定义电流范围增加了温度敏感电参数的敏感度。因此，调整后的死区时间特定于电流周期波形的预定义电流范围。另外，(当电流值进入电流周期波形的预定义电流范围时)也可以在调制时段期间多次执行该方法。
[0032]此外，根据一个实施方式，针对电流周期波形的不同电流范围依次地执行校准阶段。结果，可以针对电流周期波形的不同电流范围调整不同死区时间。因此，分别针对不同电流范围增加不同死区时间的敏感度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种控制功率半导体模块的方法，所述方法包括以下步骤：a.监测所述模块的至少一个运行参数，所述至少一个运行参数包括负载电流和/或输入电流、环境温度、输入电压值和/或输出电压值，b.仅当所述至少一个运行参数在第一时间期间保持在预定义范围内时，并且仅当所述至少一个运行参数的值的范围在查找表中具有初始未更新状态时，才发起校准阶段至少一次，其中，现存死区时间从先前校准阶段得到，或者如果先前没有运行校准阶段，则所述现存死区时间被设置为初始高估值，所述校准阶段包括：ii.测量第一温度敏感电参数；ii.将现存死区时间减少到临时死区时间；iii.在所述第一时间之后的第二时间期间，监测所述至少一个运行参数；iv.在第二预定义时间之后，测量第二温度敏感电参数，所述第二温度敏感电参数与所述第一温度敏感电参数属于相同类型；v.仅当
‑
在所述第二预定义时间期间，所述至少一个运行参数已保持在所述预定义范围内，并且
‑
所述第二温度敏感电参数的值对应于模块开关的比与所述第一温度敏感电参数对应的温度值更低的温度值，将所述临时死区时间的值分配给所述现存死区时间；否则仅当
‑
在所述第二预定义时间期间，所述至少一个运行参数已保持在所述预定义范围内，并且
‑
所述第二温度敏感电参数的值对应于模块开关的比与所述第一温度敏感电参数对应的温度值更高的温度值，更新所述查找表中的所述至少一个运行参数的值的范围的状态，vi.将所述现存死区时间连同所述至少一个运行参数的值的范围存储到所述查找表中。2.根据权利要求1所述的方法，其中，阶段a.和阶段b.被迭代，直到所述运行参数的值的范围的状态在所述查找表中被更新为止。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述现存死区时间按照在1ns和100ns之间的步长减少。4.根据权利要求1至3中的任一项所述的方法，其中，在所述功率半导体模块的运行阶段期间执行所述校准阶段。5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其中，所述温度敏感电参数属于被定义为在续流状态下并且在体二极管的激发传导状态期间跨所述模块的开关测量的电压的类型。6.根据权利要求1至4中的任一项所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：