[發(fā)明專利]一種可調(diào)開(kāi)通延遲時(shí)間的實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202310052090.8
• 申請(qǐng)日: 2023-02-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN116106714A
• 公開(kāi)（公告）日: 2023-05-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦海鴻;黃榮霞;張子墨;鮑贏;韓翔;陳文明;卜飛飛;陳志輝;趙絮;徐禎祥
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/26
• 分類號(hào): G01R31/26
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 張菊萍

本發(fā)明公開(kāi)了一種可調(diào)開(kāi)通延遲時(shí)間的實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路，包括第一電壓比較器、第二電壓比較器、D觸發(fā)器、與邏輯門(mén)電路、第一參考電壓調(diào)節(jié)電路和第二參考電壓調(diào)節(jié)電路。在功率器件的開(kāi)通階段，當(dāng)柵源電壓達(dá)到第一參考電壓值時(shí)，第一電壓比較器輸出高電平，得到開(kāi)通延遲時(shí)間信號(hào)的起點(diǎn)，當(dāng)源極寄生電感產(chǎn)生的電壓降到第二參考電壓值時(shí)，第二電壓比較器輸出高電平，得到開(kāi)通延遲時(shí)間信號(hào)的終點(diǎn)，再經(jīng)D觸發(fā)器和與邏輯門(mén)電路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，得到開(kāi)通延遲時(shí)間信號(hào)的高電平寬度，并建立高電平寬度與結(jié)溫之間的線性關(guān)系，獲取擬合曲線。本發(fā)明利用D觸發(fā)器響應(yīng)速度快、功耗低的優(yōu)勢(shì)對(duì)功率器件開(kāi)通延遲時(shí)間進(jìn)行精確測(cè)量，實(shí)現(xiàn)高精度的結(jié)溫預(yù)測(cè)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)與電工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種可調(diào)開(kāi)通延遲時(shí)間的實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路。

背景技術(shù)

根據(jù)電力電子系統(tǒng)可靠性調(diào)研分析可知，功率器件是變換器中失效率最高的部件，約占34％。在各類失效因素中，約55％的電力電子系統(tǒng)失效主要由溫度因素誘發(fā)。在電氣方面，較高的結(jié)溫將導(dǎo)致導(dǎo)通電壓的增加和漏電流的上升，開(kāi)關(guān)瞬態(tài)和導(dǎo)通狀態(tài)下的功率損耗都會(huì)增加。在熱力學(xué)方面，最大瞬時(shí)結(jié)溫和熱循環(huán)導(dǎo)致的結(jié)溫波動(dòng)引起熱機(jī)械應(yīng)力增加，導(dǎo)致功率器件故障或使用壽命縮短。因此，研究結(jié)溫的提取方法對(duì)于指導(dǎo)功率器件的壽命預(yù)測(cè)、優(yōu)化設(shè)計(jì)以及提高可靠性等研究有重要的意義。

基于熱敏電參數(shù)的結(jié)溫提取法具有響應(yīng)快、精度較高、有望在線測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛關(guān)注。開(kāi)通延遲時(shí)間是常見(jiàn)的動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)，傳統(tǒng)的基于開(kāi)通延遲時(shí)間的結(jié)溫提取方法線性度好，與器件結(jié)溫的擬合方程中的相關(guān)變量少，但對(duì)測(cè)量?jī)x器的精度要求較高，需要配備高分辨率的計(jì)時(shí)器和電壓傳感器，功率器件的開(kāi)通延遲時(shí)間較短導(dǎo)致結(jié)溫提取準(zhǔn)確性不高。因此需要設(shè)計(jì)一種在確保測(cè)量精度的前提下，更為簡(jiǎn)便和低成本的開(kāi)通延遲時(shí)間測(cè)量電路。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種可調(diào)開(kāi)通延遲時(shí)間的實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路，利用D觸發(fā)器響應(yīng)速度快、功耗低的優(yōu)勢(shì)對(duì)功率器件開(kāi)通延遲時(shí)間進(jìn)行精確測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)高精度的結(jié)溫預(yù)測(cè)。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的采用了如下的技術(shù)方案：

一種可調(diào)開(kāi)通延遲時(shí)間的實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路，實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路包括第一電壓比較器、第二電壓比較器、D觸發(fā)器、與邏輯門(mén)電路、第一參考電壓調(diào)節(jié)電路和第二參考電壓調(diào)節(jié)電路；第一電壓比較器和第二電壓比較器分別與功率器件的柵極和功率源極連接，根據(jù)第一參考電壓信號(hào)和第二參考電壓信號(hào)，利用D觸發(fā)器和與邏輯門(mén)電路，測(cè)量功率器件在不同結(jié)溫下的開(kāi)通延遲時(shí)間，得到開(kāi)通延遲時(shí)間信號(hào)的高電平寬度，并將高電平寬度與結(jié)溫建立線性關(guān)系，獲取擬合曲線，然后在實(shí)際工況下通過(guò)測(cè)量出開(kāi)通延遲時(shí)間反演得到結(jié)溫。

進(jìn)一步的，第一電壓比較器的正輸入端連接功率器件的柵極，用于獲取功率器件在開(kāi)通瞬間的第一電壓信號(hào)，并根據(jù)第一參考電壓調(diào)節(jié)電路設(shè)定的第一參考電壓值確定開(kāi)通延遲時(shí)間的起點(diǎn)。

進(jìn)一步的，第二電壓比較器的正輸入端連接功率器件的功率源極，用于獲取功率器件在開(kāi)通瞬間的第二電壓信號(hào)，并根據(jù)第二參考電壓調(diào)節(jié)電路設(shè)定的第二參考電壓值確定開(kāi)通延遲時(shí)間的終點(diǎn)。

進(jìn)一步的，D觸發(fā)器的D輸入端與第一電壓比較器輸出端連接，D觸發(fā)器的CLK輸入端與第二電壓比較器輸出端連接，用于根據(jù)第一電壓比較器的輸出信號(hào)和第二電壓比較器的輸出信號(hào)生成D觸發(fā)器的第三輸出信號(hào)。

進(jìn)一步的，與邏輯門(mén)電路連接第一電壓比較器的輸出端和D觸發(fā)器輸出端，用于對(duì)第一電壓比較器輸出信號(hào)和D觸發(fā)器第三輸出信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算，生成功率器件的開(kāi)通延遲時(shí)間信號(hào)。

進(jìn)一步的，第一參考電壓調(diào)節(jié)電路和第二參考電壓調(diào)節(jié)電路與第一電壓比較器和第二電壓比較器的負(fù)輸入端連接，用于調(diào)節(jié)第一電壓比較器和第二電壓比較器的參考電壓值。

進(jìn)一步的，實(shí)時(shí)在線結(jié)溫提取電路的結(jié)溫預(yù)測(cè)方法包括以下步驟：