用于对桥式电路中桥臂的SiCMOSFET器件进行结温监测的方法技术

本发明专利技术公开了一种用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法，利用半桥结构电路中桥臂换流时不同阶段电流随上下管结温分别变化的特性，采用下管的电荷变化量与对应SiC MOSFET器件结温的线性关系，结合负载电流方向以获取半桥电路中桥臂上下两管的结温信息。采用本发明专利技术提供的结温监测方法具有良好的线性度、灵敏度，能够有效减少测量电路数量，避免了浮地测量所引起的共模干扰问题。避免了浮地测量所引起的共模干扰问题。避免了浮地测量所引起的共模干扰问题。

【技术实现步骤摘要】
用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法


[0001]本专利技术涉及半导体器件监测
，具体涉及一种用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法。

技术介绍

[0002]碳化硅(SiC)MOSFET器件凭借其优越的物理特性，正逐步取代硅基器件，广泛应用于高频、高效率和高功率密度的电力电子设计中。电力电子系统可靠性研究报告显示，功率器件是系统中失效率最高的部分，而55％的功率器件失效由于结温过高造成。因此，功率器件结温的准确测量是其健康管理和可靠性评估的基础，芯片结温的热应力分析评估也对提升功率变流器运行可靠性和挖掘器件潜能具有重要价值。
[0003]其中通过外部电气参数表征器件内部温度信息的温敏电参数法响应速度快，适合于在线应用。稳态温敏电参数如反向体二极管压降虽不受器件老化影响，但受工况限制较难在线应用。另外栅极内阻所受耦合因素少，但不同器件差异较大，灵敏度低，需要高分辨率的电压传感器。器件开关暂态过程的动态电参数如阈值电压、导通/关断延时、电压/电流变化率等具有良好的线性度且便于实现集成化，但由于开关速度较快，需要考量传感器的测量带宽和精度，或改变系统正常运行工况，进而增加了硬件和控制的复杂程度。此外，现有技术中主要针对单个SiC MOSFET器件，在多开关变换器的应用中还要考虑测量电路的数量、成本，及由于上管浮地测量所引起的共模干扰问题。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题是：如何提供一种操作简单方便，测量准确可靠的用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用了的技术方案：
[0006]一种用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法，监测SiC MOSFET器件的负载电流，根据负载电流方向及桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，并通过逻辑转移公式(1)确定SiC MOSFET器件结温监测时刻：
[0007]t＝CV
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0008]其中，t为SiC MOSFET器件结温监测时刻；C为负载电流方向，电流流出桥臂为正，流入桥臂为负；V
g
为桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，开通为正，关断为负；
[0009]在SiC MOSFET器件结温监测时刻，测量桥臂下管SiC MOSFET器件开关暂态时刻漏源电荷变化量；
[0010]基于负载电流及桥臂下管SiC MOSFET器件开关暂态时刻漏源电荷变化量峰值，通过公式(2)确定桥臂上管SiC MOSFET器件结温，通过公式(3)确定桥臂下管SiC MOSFET器件结温：
[0011]T
j1
＝mQ1+n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0012]T
j2
＝pQ2+q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0013]其中T
j1
为桥臂上管SiC MOSFET器件结温；T
j2
为桥臂下管SiC MOSFET器件结温；Q1为桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷变化量正峰值；Q2为桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷变化量峰峰值；m、n、p、q为标定系数。
[0014]研究表明，SiC MOSFET器件漏源电流上升率与结温呈线性关系，而其体二极管反向恢复电荷也与结温呈线性关系。该漏源电流上升率和反向恢复电荷可以通过桥臂换流阶段，下管SiC MOSFET器件的电荷变化量来监测。在桥臂换流时刻，下管漏源电流方向由正到负发生变化，对应电荷波形出现正负两个峰值，其中电荷变化量正峰值受上管漏源电流变化率影响，电荷变化量峰峰值受下管反向恢复电荷影响。因此，下管电荷变化量能够同时反映上下管结温信息。
[0015]作为优化，在SiC MOSFET器件结温监测时刻采样桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电流；将桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电流经过高速积分电路，得到桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷，根据桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷变化量正峰值得到Q1。
[0016]作为优化，在SiC MOSFET器件结温监测时刻采样桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电流；将桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电流经过高速积分电路，得到桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷，根据桥臂下管SiC MOSFET器件漏源电荷变化量正峰值及负峰值得到Q2。
[0017]相比现有技术，本专利技术具有以下优点：本专利技术利用电荷变化量与上下管结温之间的线性关系，结合负载电流的方向以及上管开关状态来判断利用电荷变化量监测的时刻，从而获取SiC MOSFET器件的结温，能够达到较高的灵敏度；本专利技术提供的监测方法能够降低监测电路数量、复杂度、成本低、安装方便。
附图说明
[0018]图1为本专利技术的流程图；
[0019]图2为本专利技术实施例中SiC MOSFET单相逆变器电路图；
[0020]图3为本专利技术实施例中SiC MOSFET桥臂监测时序图；
[0021]图4为本专利技术实施例中电荷变化量与桥臂上管结温的关系图；
[0022]图5为本专利技术实施例中电荷变化量与桥臂下管结温的关系图；
[0023]图6为本专利技术实施例中电荷测量电路原理图；
[0024]图7为本专利技术实施例中单相逆变器换流过程电荷变化量的实验波形图；
[0025]图8为图7中虚线框内监测阶段的波形放大图。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]如图1所示，本具体实施方式中的用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法，监测SiC MOSFET器件的负载电流，根据负载电流方向及桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，并通过逻辑转移公式(1)确定SiC MOSFET器件结温监测时刻：
[0028]t＝CV
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0029]其中，t为SiC MOSFET器件结温监测时刻；C为负载电流方向，电流流出桥臂为正，流入桥臂为负；V
g
为桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，开通为正，关断为负；
[0030]在S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于对桥式电路中桥臂的SiC MOSFET器件进行结温监测的方法，其特征在于：监测SiC MOSFET器件的负载电流，根据负载电流方向及桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，并通过逻辑转移公式(1)确定SiC MOSFET器件结温监测时刻：t＝CV
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，t为SiC MOSFET器件结温监测时刻；C为负载电流方向，电流流出桥臂为正，流入桥臂为负；V
g
为桥臂上管SiC MOSFET器件开通状态，开通为正，关断为负；在SiC MOSFET器件结温监测时刻，测量桥臂下管SiC MOSFET器件开关暂态时刻漏源电荷变化量；基于负载电流及桥臂下管SiC MOSFET器件开关暂态时刻漏源电荷变化量峰值，通过公式(2)确定桥臂上管SiC MOSFET器件结温，通过公式(3)确定桥臂下管SiC MOSFET器件结温：T
j1
＝mQ1+n
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)T
j2
＝pQ2+q
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)其中T<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏菊，吴朔，马兴，李凯伟，罗全明，杜雄，
申请(专利权)人：国网重庆市电力公司电力科学研究院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：