[发明专利]用于测量功率模块的结温的系统和方法

说明书

本发明提供一种用于测量功率模块的结温的系统和方法。该方法能够通过在结温上升阶段中更精确地应用温度变化来提高温度测量的精确度，能够更精确地预测功率模块的耐久寿命，以及能够提高功率模块的输出功率。

技术领域

本发明通常涉及用于测量功率模块的结温的系统和方法，并且更具体地涉及一种系统和方法，用于测量功率模块的结温，并且通过在结温升高阶段中更精确地应用温度变化来提高温度测量的精确度，更精确地预测功率模块的耐久寿命以及提高功率模块的输出功率。

背景技术

通常，为了驱动电动机，需要逆变器来通过转换直流电(DC)来生成交流电(AC)。逆变器包括具有实现开关操作的功率半导体器件(例如绝缘栅双极型晶体管(IGBT)或二极管)的功率模块。应该在预定最大可允许温度范围内管理功率模块的功率半导体器件，以防止烧毁器件并且维持器件的耐久寿命。

因此，功率模块包括负温度系数(NTC)热敏电阻，配置为检测作为功率半导体器件温度的结温。然而，使用NTC估计结温的方法的问题在于，因为该方法不补偿逆变器的输入电压和功率半导体器件的开关频率的变化，并且因此不可能精确地预测结温。具体地，因为在结温升高时NTC使用从功率半导体器件生成的热量来检测电压变化，所以热阻抗与功率半导体器件显著不同。

如上所述，除了使用NTC估计结温的方法之外，已经开发了使用热模型估计结温的方法。使用热模型的方法是用于在考虑到功率半导体器件的电压、电流和开关频率的情况下基于功率损失来估计结温的方法。该方法与使用NTC的方法相比能够更精确地估计结温。然而，因为结温在升高至饱和温度的过程中具有特定温度升高趋势，所以应当精确地反映温度升高趋势以精确地预测运行中的功率模块的结温。

前述内容仅旨在帮助理解本发明的背景，并不旨在意为着本发明落入本领域技术人员已知的相关技术领域的范围内。

发明内容

因此，本发明提供一种用于测量功率模块的结温的系统和方法。该系统和方法能够通过在结温升高阶段中更精确地应用温度变化来提高温度测量的精确度，能够更精确地预测功率模块的耐久寿命，以及能够提高功率模块的输出功率。

根据本发明的一个方面，用于测量包括多个功率半导体器件的功率模块的结温的方法可包括：基于经受结温测量的第一功率半导体器件的功率损失和热阻，计算第一功率半导体器件的预测温度变化值；以及基于第二功率半导体器件的功率损失和热阻，计算邻近第一功率半导体器件设置的第二功率半导体器件的预测温度变化值。

该方法还可包括将第一时间常数应用于第一功率半导体器件的预测温度变化值，以及将具有比第一时间常数大的值的第二时间常数应用于第二功率半导体器件的预测温度变化值；以及通过将应用了第一时间常数的第一功率半导体器件的预测温度变化值与应用了第二时间常数的第二功率半导体器件的预测温度变化值组合来导出第一功率半导体器件的最终结温。

第一功率半导体器件的预测温度变化值的计算还可包括：基于第一功率半导体器件的输入电压、输入电流以及开关频率，计算第一功率半导体器件的功率损失；以及通过将第一功率半导体器件的热阻与第一功率半导体器件的功率损失相乘来导出第一功率半导体器件的预测温度变化值。附加地，第二功率半导体器件的预测温度变化值的计算可包括：基于第二功率半导体器件的输入电压、输入电流以及开关频率，计算第二功率半导体器件的功率损失；以及通过将第二功率半导体器件的热阻与第二功率半导体器件的功率损失相乘来导出第二功率半导体器件的预测温度变化值。

第一功率半导体器件的热阻可具有基于设置在功率模块内的冷却剂通道中流动的冷却剂的流量而预先确定的值。另外，第二功率半导体器件的热阻可具有基于设置在功率模块内的冷却剂通道中流动的冷却剂的流量而预先确定的值。最终结温的导出可通过以下步骤实现：对应用了第一时间常数的第一功率半导体器件的预测温度变化值和应用了第二时间常数的第二功率半导体器件的预测温度变化值求和，以及对求和的值与设置在功率模块内的冷却剂通道中流动的冷却剂的温度进行求和，从而导出最终结温。