[發(fā)明專利]基于FPGA的SiC功率器件在線結溫計算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010730014.4
• 申請日: 2020-07-27
• 公開（公告）號: CN112014708B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發(fā)明（設計）人: 水富麗;吳曉威;劉志敏;楊惠蘭;王亮亮
• 申請（專利權）人: 西安中車永電電氣有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 西安新動力知識產權代理事務所(普通合伙) 61245
• 代理人: 劉強

本發(fā)明屬于半導體技術領域，尤其涉及基于FPGA的SiC功率器件在線結溫計算方法。該計算方法包括：1)對驅動脈沖信號進行預處理，輸出重構信號；2)對導通電流進行去零漂處理；3)計算脈沖導通期間的平均功率；4)然后進行延時信號復現(xiàn)；5)最后功率損耗脈沖流進入結溫模型計算出功率器件結溫。本發(fā)明應用于SiC功率器件各種各樣的應用場合，提供了以驅動信號為依據計算功耗的處理方法，提出了基于概率統(tǒng)計的在線動態(tài)去零漂方法，提出了功率損耗脈沖流構造方法，提出了Foster等效熱網絡模型最小單元熱阻R和熱容C并聯(lián)的離散化模型，進而計算出跟實際波動一致的結溫數據。

技術領域

本發(fā)明屬于半導體技術領域，尤其涉及基于FPGA的SiC功率器件在線結溫計算方法。

背景技術

以碳化硅(SiC)為代表的第三代半導體材料，具有禁帶寬度大、擊穿電場高、熱導率高、開關損耗小、頻率高、功率大等優(yōu)勢，被認為是用于高電壓、高頻率的功率器件的理想半導體材料。

隨著故障預測與健康管理技術在各行各業(yè)的應用推廣，SiC器件在各種應用場景中的故障預測與健康管理研究越來越得到廣泛的關注。據文獻研究顯示，SiC功率器件的功率損耗及結溫是非常重要的參數，這對產品的故障診斷、壽命預測、維修決策至關重要。

縱觀現(xiàn)有的功耗計算方法，一種是以正弦波周期為計算時長進行計算的，一種以一個脈沖周期為時長進行計算的，還有一種是以固定時長進行計算的。這三種方法都是求一個時間段內的平均功耗，對于計算結溫來說，這幾種功耗求解方式得到的穩(wěn)態(tài)特性是一致的，能量相同，只是以不同的方式進入結溫模型得出結溫。但是，這種平均功耗波動較小，并不能體現(xiàn)實際功耗產生的波動性，更多表現(xiàn)的是穩(wěn)態(tài)特性，相應計算出來的結溫波動較小。但是對于壽命預測等結溫應用場合，結溫數據波動的大小直接影響壽命預測結果。因此，有必要開發(fā)符合實際功耗產生方式的算法，即計算每一個開關器件導通期間的平均功耗，再以脈沖功耗流的方式進入結溫計算模型，求解對應的結溫。

功率損耗計算方法上有直接采用簡化公式進行估算的，也有以積分方式計算的。現(xiàn)有的簡化公式計算中需要用到占空比等參數，但是占空比不是定值，所以精度較低。積分計算方法可以捕捉運行過程中的電流、電壓變化，計算出來功耗的精度相對較高。本發(fā)明中采用積分的方法來計算功率損耗。

此外，驅動脈沖作用于功率器件后并不會做到瞬時開斷，存在開通過程和關斷過程。如果以驅動脈沖作為開斷依據而不考慮開通關斷過程的話，計算中所用于計算開通與關斷損耗的電流必然不準確，計算通態(tài)損耗的積分時間段也不準確，也會影響結果的準確性。對驅動脈沖進行合理處理，選擇恰當時間的電流進行功率損耗計算，才會得到比較準確的功耗計算結果。

對于實際采集到的功率器件導通電流，由于采集設備電源電壓不穩(wěn)、元器件參數變化、溫度變化等原因，不可避免地存在零漂。特別是溫度變化引起的零漂，在設備運行過程中溫度不斷變化，很難做靜態(tài)校正。如果能進行動態(tài)零漂識別，將采集到的數據中包含的零漂剔除，得到較準確的功率器件導通電流，那么對于準確計算功率器件功率損耗及結溫是非常有意義的。

實際應用中，SiC等功率器件的使用頻率可能很高，能夠在線計算功率損耗及結溫計算方法比較缺乏。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于FPGA的SiC功率器件在線結溫計算方法，其解決了SiC器件在高頻應用場合在線功耗及結溫計算問題。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：

基于FPGA的SiC功率器件在線結溫計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)對驅動脈沖信號g進行預處理，輸出重構脈沖信號g1；

2)對導通電流進行去零漂處理；

3)計算脈沖導通期間的平均功率損耗；

4)進行延時信號復現(xiàn)，生成功率損耗脈沖流；