[發明專利]基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法及系統

在審

• 申請號: 202010456090.0
• 申請日: 2020-05-26
• 公開（公告）號: CN113722873A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: 陳新;王益民;王鵬;歐鴻洲;郭玉濤;張祥珊;鄧樵軒
• 申請（專利權）人: 株洲中車時代電氣股份有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/18;G06F119/06;G06F119/08
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 廖元寶

1.一種基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法，其特征在于，包括步驟：

1)采用電路形式搭建芯片熱傳導模型；

2)辨識熱傳導模型中的參數；

3)計算芯片功率損耗；

4)將實際環境溫度值以可控電壓源的形式加入到熱傳導模型中；

5)通過熱傳導模型仿真計算，得到芯片實時溫度。

2.根據權利要求1所述的基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法，其特征在于，在步驟1)中，在采用電路形式搭建芯片熱傳導模型的過程中，將熱源相當于電流源，溫度相當于電壓，熱阻相當于電阻，熱容相當于電容。

3.根據權利要求1所述的基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法，其特征在于，在步驟2)中，熱傳導模型中的熱傳導路徑的阻抗Z_th如下式所示：

Z_th＝(sC₁+(R₁+(sC₂+(R₂+(sC₃+(R₃+(sC₄+(R₄+(sC₅+(R₅+(sC₆+(R₆+(sC₇+R₇-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1

其中R₁為芯片熱阻，R₂為硅片熱阻，R₃為陶瓷熱阻，R₄為基板熱阻，R₅為導熱膠熱阻，R₆為冷卻液熱阻，R₇為散熱器熱阻；其中C₁為芯片熱容，C₂為硅片熱容，C₃為陶瓷熱容，C₄為基板熱容，C₅為導熱膠熱容，C₆為冷卻液熱容，C₇為散熱器熱容；

化簡整理后得到

其中b₀～b₇表示為R₁～R₇的函數表達式，c₀～c₇表示為C₁～C₇的函數表達式。

4.根據權利要求3所述的基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法，其特征在于，R₁～R₇與C₁～C₇的辨識過程為：

通過試驗得到階躍響應C(t)，其中C(t)為溫度和時間的函數，可以通過測溫得到；其中A_i和_ai通過曲線擬合得到，通過拉普拉斯變換得到

傳遞函數其中A_i和a_i(i＝0,1,2,3,4,5,6,7)為已知數；

根據傳遞函數的定義有G(s)＝Z_th,令分式系數相等，聯立方程組即可解得R₁～R₇和C₁～C₇。

5.根據權利要求1～4中任意一項所述的基于環境溫度和功率損耗的芯片結溫實時計算方法，其特征在于，在步驟3)中，功率損耗包括通態損耗P_{loss_on}、斷態損耗和開關損耗；其中開關損耗損耗又可分成開通損耗P_{loss_son}和關斷損耗P_{loss_soff}。