【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及功率半导体器件结温计算，尤其是涉及一种功率半导体器件的瞬态结温计算方法、功率半导体器件的实时控制方法、计算设备及存储介质。
技术介绍
1、功率半导体器件的散热直接关系到器件的性能、寿命以及系统的稳定性和安全性。因此，准确地估算功率半导体器件的结温对于功率半导体器件的设计优化、性能评估和故障诊断具有重要意义。
2、目前功率半导体器件结温计算方法通常依赖于数学模型和传感器测量技术。这些模型通常基于物理原理和材料特性，考虑器件的结构、材料参数、工作条件等因素，通过求解热传导方程或进行有限元分析等方法，预测器件的温度分布和结温。例如，foster网络模型和cauer网络模型是用来描述热系统的传热特性的两种不同形式的网络模型。其中，cauer网络模型将器件内部按材料进行分层，每一层都有其对应的节点、热阻、热容。这种模型适用于材料分层结构比较简单的器件，但是该模型未考虑横向温度分布及材料属性随温度变化的特性，会给模型引入较大的误差。foster热网络模型采用rc网络(等效为传递函数)表达网络两端的对应关系，该模型仅对单芯片单面散热模型的结温预测有很好的适用性，但是对于多芯片、多器件情况，难以考虑热路之间的耦合关系。
3、现有方法在瞬态条件下计算结温往往存在精度低、计算复杂度高、实时性差等问题，特别是在高频、高功率、快速开关工况等条件下，实际瞬时结温的变化往往与静态条件下的计算结果存在较大差异，且有限元分析数值计算方法的瞬态结温计算复杂度较高，需要大量的计算资源和时间，影响结温估算的实时性，无法实时监测和
技术实现思路
1、为了解决现有技术中存在的问题，本方案提出了一种功率半导体器件的瞬态结温计算方法，能够降低计算复杂度，满足器件瞬态结温的实时监测需求，提高器件工作的安全性和瞬态结温计算的准确性。
2、根据本专利技术的第一方面，提供了一种功率半导体器件的瞬态结温计算方法，包括：获取foster热阻网络模型的n阶阻容参数和器件运行条件，器件运行条件包括环境温度、工作时长、工作电流波形、输出特性曲线和温度特性曲线；根据器件运行条件设置微分迭代的时间步长，将时间步长代入foster热阻网络模型中，得到n阶瞬态阻抗值和时间常数值；基于器件的工作电流波形计算每个时间步长内的工作电流值，基于器件输出特性曲线和温度特性曲线计算每个时间步长内的工作电压值；根据每个时间步长内的工作电压值、工作电流值、foster热阻网络模型的n阶瞬态阻抗值和时间常数值计算每个时间步长内的器件瞬态结温。
3、上述技术方案中，通过采用foster热阻网络模型和考虑多个器件运行条件，包括环境温度、工作时长、工作电流波形等，能够实时计算每个时间步长内的器件瞬态结温，保证器件的安全可靠运行。
4、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的瞬态结温计算方法中，通过功率循环测试方法测量foster模型在不同工作条件下的动态热阻抗曲线；对所述动态热阻抗曲线进行指数级数拟合，提取出对应的n阶阻容参数；或者
5、将foster网络模型和cauer网络模型的阻抗表达式进行通分化简后相等，得到cauer网络模型参数转换为foster网络模型参数的表达式，提取得到foster网络模型的n阶阻容参数。
6、上述技术方案中，通过两种方法提取foster网络模型的n阶rc参数有助于提高模型参数的准确性，为后续器件结温计算提供重要依据。
7、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的瞬态结温计算方法中，通过下述公式计算foster热阻网络模型的n阶瞬态阻抗值和时间常数值：
8、
9、
10、其中，zth(i)为节点i的瞬态阻抗值，t为时间步长，ri是节点i的热阻，ci是节点i的热容，eth(i)为时间常数值。
11、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的瞬态结温计算方法中，将器件的工作电流波形按照时间步长划分为若干段，在每个时间步长内计算工作电流的平均值，作为每个时间步长内的工作电流值；根据器件的输出特性曲线和温度特性曲线拟合工作电压与相关参数的曲面函数，得到每个时间步长内的工作电压值。
12、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的瞬态结温计算方法中，基于最小二乘法对收集的工作电压、工作电流、工作结温拟合得到工作电压与工作电流、工作结温的曲面函数；当器件工作电压与工作结温存在非线性关系时，拟合得到不同工作结温下工作电压与工作电流的关系；基于工作电压和工作电流的关系得到同一工作电流下不同工作结温的工作电压散点值；将工作电压散点值按照分段直线延展的方式得到工作电压和工作结温的关系；基于工作电压和工作结温的关系以及工作电压与工作电流的关系，得到特定工作条件下的工作电压值。
13、上述技术方案中，利用最小二乘法进行曲面拟合，对于非线性关系，采用分段直线延展的方式得到工作电压与所有相关参数的关系，可以得到更准确的工作电压预测。
14、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的瞬态结温计算方法中，基于每个时间步长内的电压值和电流值的乘积计算出对应时间步长内的器件损耗值；通过下述公式计算foster热阻网络模型中每一阶rc网络的温度参数：
15、t1＝t'1×eth1+ploss×zth1
16、t2＝t'2×eth2+ploss×zth2
17、......
18、tn＝t'n×ethn+ploss×zthn
19、其中，t1、t2...tc代表foster网络模型每一阶rc网络的温度参数，t′1、t′2……t′n分别为t1、t2...tc的前一个时间步长时刻的温度参数，tc为环境温度，ploss为器件损耗值，zth(i)为节点i的瞬态阻抗值，eth(i)为节点i的时间常数值。
20、上述技术方案中，通过步进计算的方式可以得到功率半导体在任意运行状态下的功率损耗曲线和结温瞬时变化曲线。
21、根据本专利技术的第二方面，提供了一种功率半导体器件的实时控制方法，包括：按照预设采样率实时获取器件运行过程中的电流采样值、电压采样值和温度采样值；根据实时电流采样值和电压采样值计算实际损耗值；基于如本专利技术第一方面所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，将实际损耗值替代计算得到的器件损耗值，根据实际损耗值和foster热阻网络模型的n阶rc参数计算每一阶rc网络的结温值；将每一阶rc网络的结温值相加得到器件的实时结温值；当实时结温值超出设定值时控制器件停止工作。
22、上述技术方案，在功率半导体器件瞬态结温微分迭代算法的基础上，将步进计算的方式得到的功率损耗曲线替换为实时采集得到的功率损耗曲线，依据实际采样得到的数据进行器件结温计算可以得到比估算更精确的结温数据。
23、可选地，在本专利技术提供的功率半导体器件的实时控制方法中，根据预设采样率确定微分步长；根据微分步长计算foster热阻网络模型的n阶实时热阻值和本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述获取Foster热阻网络模型的n阶阻容参数的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述根据所述器件运行条件设置微分迭代的时间步长，将所述时间步长代入Foster热阻网络模型中，得到n阶瞬态阻抗值和时间常数值的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述基于器件的工作电流波形计算每个时间步长内的工作电流值，基于器件输出特性曲线和温度特性曲线计算每个时间步长内的工作电压值的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述根据器件的输出特性曲线和温度特性曲线拟合工作电压与相关参数的曲面函数，得到每个时间步长内的工作电压值的步骤包括：
6.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述根据每个时间步长内的工作电压值、工作电流值、Foster热阻网络模
7.一种功率半导体器件的实时控制方法，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的功率半导体器件的实时控制方法，其特征在于，所述根据所述实际损耗值和Foster热阻网络模型的n阶RC参数计算每一阶RC网络的结温值的步骤包括：
9.一种计算设备，包括：
10.一种存储有程序指令的可读存储介质，当所述程序指令被计算设备读取并执行时，使得所述计算设备执行如权利要求1-6任意一项中所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法。
...【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述获取foster热阻网络模型的n阶阻容参数的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述根据所述器件运行条件设置微分迭代的时间步长，将所述时间步长代入foster热阻网络模型中，得到n阶瞬态阻抗值和时间常数值的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述基于器件的工作电流波形计算每个时间步长内的工作电流值，基于器件输出特性曲线和温度特性曲线计算每个时间步长内的工作电压值的步骤包括：
5.根据权利要求4所述的功率半导体器件的瞬态结温计算方法，其特征在于，所述根据器件的输出特性曲线和温度特性曲线拟合...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭亿东，吴钦炜，高昊宇，刘弘耀，陆熙，毛赛君，
申请(专利权)人：忱芯科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：
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