[發(fā)明專利]分析功率半導體裝置的操作

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202180017881.6
• 申請日: 2021-02-12
• 公開（公告）號: CN115667948A
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: A·布萊恩特
• 申請（專利權(quán)）人: 賴茵豪森機械制造公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 中國貿(mào)促會專利商標事務所有限公司 11038
• 代理人: 張小穩(wěn)

分析功率半導體裝置的操作，一種用于分析功率半導體裝置(PS1，PS2，PS3)的操作的方法包括：確定裝置(PS1，PS2，PS3)的參考電壓(V1，…Vn，…VN)的集合和電流(I1，…In，…IN)，并測量在預定的時間間隔內(nèi)裝置(PS1，PS2，PS3)的Nframe個導通狀態(tài)電壓(Vmeas(1)，…Vmeas(k)，…Vmeas(Nframe))和Nframe個對應的導通狀態(tài)電流(Imeas(1)，…Imeas(k)，…Imeas(Nframe))，以獲得Nframe個測量點(MP(1)，…MP(k)，…MP(Nframe))。通過對Nframe個測量點(MP(1)，…MP(k)，…MP(Nframe))進行最小二乘擬合，來調(diào)整參考電壓(V1，…Vn，…VN)的集合。經(jīng)調(diào)整的參考電壓(V1，…Vn，…VN)的集合用于分析功率半導體裝置(PS1，PS2，PS3)的操作。

本發(fā)明涉及用于分析功率半導體裝置的操作的方法和電路以及包括這種電路的功率電子系統(tǒng)。

在功率電子系統(tǒng)中，例如在功率轉(zhuǎn)換器中，功率半導體裝置的結(jié)溫是對系統(tǒng)操作設(shè)定限制的關(guān)鍵量。超過絕對極限可能被認為是災難性的，并且系統(tǒng)的整個生命周期中的熱行為會影響可靠性和劣化速率。但是，裝置本身，例如絕緣柵雙極晶體管、IGBT、MOSFET、晶閘管或二極管是“帶電”的并且在電氣高度嘈雜的環(huán)境中，因此結(jié)溫的直接測量可能不可行。

但是，可以基于與半導體裝置相關(guān)聯(lián)的溫度敏感的電氣參數(shù)TSEP來估計結(jié)溫。現(xiàn)有的方法在非常低的電流下根據(jù)TSEP估計結(jié)溫，非常低的電流即在毫安范疇下，通常小于功率電子系統(tǒng)的額定電流的1％。因此，這種方法不適用于功率電子系統(tǒng)的大多數(shù)應用，并且可能僅在特定的實驗室設(shè)置中有用。其它方法在高電流下估計結(jié)溫，高電流例如是額定電流的10％至100％。在這種情況下，可以將查找表或方程擬合到在一系列結(jié)溫和導通狀態(tài)(即，正向)電流范圍內(nèi)測量的事先校準數(shù)據(jù)。但是，這需要在使用之前對每個系統(tǒng)進行詳細且準確的校準，這對于工業(yè)應用是不切實際的。

因此，本發(fā)明的目的是提供用于分析功率半導體裝置的操作的改進的概念，該概念在至少達到額定電流的導通狀態(tài)電流處是適用的，并且不需要事先校準。

這一目的是由獨立權(quán)利要求的主題實現(xiàn)的。進一步的實施方式和實施例是從屬權(quán)利要求的主題。

改進的概念基于利用功率半導體裝置的導通狀態(tài)電壓作為TSEP并有效地移除導通狀態(tài)電壓對導通狀態(tài)電流的依賴性僅留下對結(jié)溫的依賴性的想法。這是通過將測量點分配給預定義的箱(bin)并通過對訪問的測量點進行最小二乘擬合來校正箱而實現(xiàn)的。這導致有效的在線校準，該校準是在正常操作期間進行的，這使得在使用過時之前進行實際校準。

根據(jù)改進的概念，提供了一種用于分析功率半導體裝置的操作的方法。提供了裝置的N個參考電壓的集合和裝置的N個對應參考電流的集合。N是等于或大于2的整數(shù)。在預定的時間間隔內(nèi)測量裝置的Nframe個導通狀態(tài)電壓和導通狀態(tài)電流，測得的電壓和電流表示Nframe個測量點。Nframe是等于或大于2的整數(shù)。通過對Nframe個測量點、特別是在測量點處的Nframe個測得的導通狀態(tài)電壓進行最小二乘擬合，來調(diào)整該參考電壓的集合。原則上，任何最小二乘法都可以用于擬合，而增量最小二乘法是優(yōu)選的。然后，經(jīng)調(diào)整的參考電壓的集合用于分析功率半導體裝置的操作。

根據(jù)改進的概念的方法非常適用于至少達到額定電流的導通狀態(tài)電流，并且可以避免事先校準。它提供了準確性和計算負載的有利權(quán)衡。由于使用了大量數(shù)據(jù)，因此可以大大減小誤差。該方法可以應對DC電流或非常低頻的AC電流，而許多已知的方法不能做到。

根據(jù)該方法的一些實施方式，對功率半導體裝置的操作的分析包括基于經(jīng)調(diào)整的參考電壓的集合估計裝置的結(jié)溫。

根據(jù)一些實施方式，對功率半導體裝置的操作的分析包括確定導通狀態(tài)電壓隨時間的偏移。

導通狀態(tài)電壓的偏移表示功率半導體裝置的電氣劣化。這些實施方式特別適合于如果在功率半導體裝置的電流-電壓特性中存在溫度不變點而參考電流之一對應于不變點的情況。