【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子技术与电工，涉及一种半导体功率器件在线实时结温检测方法。
技术介绍
1、随着电力电子器件的逐步应用以及直流供电体制在配电网中的应用，传统机械式断路器在机械寿命和可靠性分断方面很难满足直流环境下的应用需求，固态断路器采用电力电子器件，例如半导体功率mosfet、igbt等用于主回路的电力传输，有效提高了配电线路的安全配电和控制保护。同时，半导体功率器件也会存在弊端，工业界针对已损坏的电力电子部件的问卷调查表明：在各类部件中，功率部件的损坏几率最高，占34％。功率器件失效的因素分为两类，一类是封装失效，另一类是芯片失效。封装失效主要原因是结温过高导致键合线脱落，或是长期热循环导致焊料层疲劳。芯片失效主要分为热击穿和电击穿，而电击穿的本质最终也是由于温度过高而导致热击穿。这些失效因素均与最高结温、结温波动与平均结温等因素有关。因此，有必要对功率管进行实时结温预测。
技术实现思路
1、本专利技术的目的：提供一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，检测功率器件在稳态和瞬态情况下的结温数据。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，包括：
4、步骤1、实时检测固态断路器/固态功率控制器中流过半导体功率器件的主回路电流值，以及配电回路中的输入电压、配电回路中的输出电压、母线电压以及器件表面温度；
5、步骤2、在固态断路器闭合过程中，将采集到的配电回路中的输入电压、配电回路中的输出电压、主回路电流
6、步骤3、在固态断路器分断过程中，将主回路电流值、母线电压离散化后输入给处理器计算得出离散化的实时功耗，再将实时功耗和器件表面温度输入给热网络模型，最终计算出分断过程中半导体器件的结温。
7、步骤1包括：
8、步骤11、固态断路器在稳态状态下，当电流达到最小电流阈值imin后，在t0时刻，固态断路器内部的处理器芯片开始进行结温检测功能，固态断路器首先会采集当前t0时刻半导体功率器件的壳温tc；
9、步骤12、同时在t0时刻，固态断路器产品内部的采集电路会启动采集配电回路中的输入电压值vin、输出电压vout以及回路的电流值ids三个模拟量数值，并将模拟量数值通过高速总线传输给固态断路器的处理器接口中。
10、步骤2包括：
11、步骤21、在处理器接收到采集电路传输的模拟量值后，会将采集到的输入电压vin和输出电压vout进行差值计算，测算出两者的数值差，两者的电压差表征的是半导体功率器件在导通状态下的漏源极之间的电压，即vds；
12、步骤22、同时在t0时刻，处理器模块会将测算出的功率器件漏源极两端的电压值vds和采集到的回路中的电流值ids进行相乘，乘积得出t0时刻功率器件内部的瞬时功率值pds0；
13、步骤23、然后，固态断路器处理器内部会将该瞬时功率值pds0输入到热网络模型中，该热网络模型是半导体功率器件壳温检测点与半导体功率器件内部结温点之间的数模，由多阶数的热阻ri和ci组成，将瞬时功率值输入到热网络模型中，经过计算，最终计算得到半导体功率器件在t0时刻的温升值△t0；
14、步骤24、固态断路器内部处理单元将t0时刻计算出的温升值△t0与t0时刻采集到的壳温tc0相加，最终得到t0时刻的半导体功率器件结温tj0。
15、步骤3包括：
16、步骤31、在固态断路器接收到关断指令后，在us后固态断路器完成分断操作，在进行分断操作开始的时刻ta，固态断路器首先会采集ta时刻功率器件的壳温tca；
17、步骤32、同时在ta时刻，固态断路器内部的采集电路会一直采集当前时刻的母线电压vbus以及主回路的电流值ids两个模拟量数值，将采集到的母线电压当做半导体功率器件的漏源极之间的电压，是因为由于回路中电感的存在，di/dt会有一个较大的值，v＝l*di/dt，造成的反向电压冲击就会很大，很难通过输入电压和输出电压的差值来表征功率器件的vds值，因此为实现提高工程化应用能力，将母线电压/钳位电压来表征功率器件的vds值；
18、步骤33、固态断路器内部处理器将采集到的母线电压值vbus和主回路的电流值ids进行乘积得出ta时刻瞬时功率值pds；
19、步骤34、在固态断路器处理器内部将该ta时刻的瞬时功率值pds输入到热网络模型中，最终通过热网络模型计算得到半导体功率器件在ta时刻的温升值△ta；
20、步骤35、在固态断路器处理器内部再将ta时刻的温升值△ta与导通工况下最后时刻的结温累加值以及ta时刻下的壳温tca相加，最终得到ta时刻的半导体功率器件结温tja。
21、进行结温检测时，采用的是基于foster热网络模型进行结温预测。
22、处理器内部的热网络模型是指壳温检测点与功率器件pn结之间的热网络模型。
23、将检测到的结温数据与功率器件的最大允许结温值进行比较，当检测数据大于等于器件最大允许结温温度时，发出报警信号或者执行分断操作。
24、还包括：
25、在固态断路器接收到导通/闭合指令后，固态断路器执行闭合操作，经过数us后闭合操作完成，半导体功率器件一直承载着主回路中的额定电流值，固态断路器处于稳态工况下时半导体功率器件一直处于闭合状态。
26、本专利技术的有益效果：本专利技术可实现对电源类产品中功率器件的结温检测，保证产品在实际工作过程中不会因为结温过高导致功率器件热失效，进而保证产品的可靠性。
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【技术特征摘要】
1.一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，其特征在于，步骤1包括：
3.如权利要求1所述的一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，其特征在于，步骤2包括：
4.如权利要求1所述的一种半导体功率器件在线实时结温检测方法，其特征在于，步骤3包括：...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘冠甫，杨昌，周聪哲，张井超，
申请(专利权)人：天津航空机电有限公司，
类型：发明
国别省市：
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