[发明专利]热阻抗拓扑结构以及热功率滤波器

说明书

本发明提供了一种热阻抗拓扑结构以及热功率滤波器，包括：受控热功率源、受控温度源、热阻抗单元和热功率滤波器，所述受控热功率源的第一端与所述热功率滤波器的第一端相连并构成所述热阻抗拓扑的热功率输入端口；所述受控热功率源的第二端与所述热阻抗单元的第一端相连并构成所述热阻抗拓扑的温度输出端口；所述热功率滤波器的第二端构成所述热阻抗拓扑的热功率输出端口；所述热阻抗单元的第二端与所述受控温度源的第一端相连，所述受控温度源的第二端构成所述热阻抗拓扑的温度输入端口。本发明可以准确描述导热体温度和热功率两个方面的热行为特性，从而可实现对功率半导体器件内外部动态温度更加准确的预测。

技术领域

本发明涉及电力电子应用技术领域，具体地，涉及热阻抗拓扑结构以及热功率滤波器，尤其是应用于功率半导体器件中的热阻抗拓扑和热功率滤波器。

背景技术

功率半导体器件工作时需要承受较大的电压电流应力，是电力电子装置中最昂贵的元件和主要的热源。功率半导体器件的温度与整个电力电子系统的寿命和成本密切相关，同时也也是确保系统安全运行的重要信息。因而，如何准确地获得功率半导体器件工况条件下动态温度特性，对于保障系统的可靠运行并对其进行优化设计，十分必要。

功率半导体器件的热行为包括温度和热功率两个方面，热行为不但和器件自生封装结构及材料有关，与之相连接的散热系统以及导热介质也会对器件的热行为产生显著影响。通常，器件的热行为是通过热阻R和热容C所构成热阻抗单元来表征。根据热阻、热容的不同连接方式，传统热阻抗单元主要分成Foster型和Cauer型两种。但是，大部分现有的热阻抗单元及其所构成的热阻抗网络仅适用于温度行为的描述，而不能准确表征器件的热功率行为。当考虑器件外部散热系统以及内部多芯片热偶和等复杂因素时，传统热阻抗单元和热阻抗网络往往不能准确预测功率半导体器件的实际温度特性。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种热阻抗拓扑结构以及热功率滤波器。

第一方面，本发明提供一种热阻抗拓扑结构，包括：受控热功率源、受控温度源、热阻抗单元、热功率滤波器，所述受控热功率源的第一端与所述热功率滤波器的第一端相连并构成所述热阻抗拓扑的热功率输入端口；所述受控热功率源的第二端与所述热阻抗单元的第一端相连并构成所述热阻抗拓扑的温度输出端口；所述热功率滤波器的第二端构成所述热阻抗拓扑的热功率输出端口；所述热阻抗单元的第二端与所述受控温度源的第一端相连，所述受控温度源的第二端构成所述热阻抗拓扑的温度输入端口；或者，

所述受控热功率源的第一端与所述热阻抗单元的第一端相连并构成所述热阻抗拓扑的热功率输入端口；所述受控热功率源的第二端与所述热功率滤波器的第一端相连；所述热阻抗单元的第一端构成所述热阻抗拓扑的温度输出端口；所述热功率滤波器的第二端构成所述热阻抗拓扑的热功率输出端口；所述热阻抗单元的第二端与所述受控温度源的第一端相连，所述受控温度源的第二端构成所述热阻抗拓扑的温度输入端口；其中：

所述受控热功率源，用于对所述热功率输入端口的输入热功率信号进行耦合，并镜像与所述受控热功率源连接的两条支路中的热功率；

所述受控温度源，用于对所述温度输入端口输入的温度信号进行耦合，并对所述热阻抗单元提供基准温度；

所述热阻抗单元，用于表征所述热阻抗单元的第一端输入的热功率信号，与所述热阻抗单元的第一端和第二端温度差信号之间的关系；

所述热功率滤波器，用于对热功率输入端口输入的热功率信号进行滤波处理。

可选地，包括：热功率信号支路和温度信号支路，所述热功率信号支路用于预测所述热功率输出端口输出的热功率值；所述温度信号支路用于预测所述温度输出端口输出的温度值；具体的，

在所述热功率信号支路中，所述热功率输入端口输入的热功率信号经所述受控热功率源的耦合以及所述热功率滤波器的滤波处理后从所述热功率输出端口输出；