[发明专利]一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置

说明书

本申请实施例公开了一种功率半导体器件热点温度估计方法，计算功率半导体器件的平均功率损耗，结合该平均功率损耗，基于功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；进而基于参数补偿后的热阻网络，计算功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值，并根据计算的功率半导体器件的平均结温和结温波动的峰峰值，估计功率半导体器件的热点温度。由此保证所估计的热点温度的变化曲线为一条光滑连续、波动较小的曲线，无需逆变器在正常模式和降额控制模式之间反复切换，减少对逆变器的损耗；并且在功率半导体器件老化、冷却系统参数变化等情况下，仍能够保证所估计出的热点温度准确性较高。

技术领域

本申请涉及电力电子器件温度估计领域，特别是涉及一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置。

背景技术

随着人们环保意识的不断提高，传统低效率、高能耗的产品已逐渐被基于变频技术的产品取代，现如今基于变频技术的产品已被广泛地应用于日常生活的各个领域中。

变频技术实现的关键在于功率半导体器件，目前功率半导体器件主要向高功率密度、高利用率方向发展，这种发展趋势对功率半导体器件的散热系统要求较高，并且对于功率半导体器件来说，其主要的失效模式为热失效。由此可见，为了保证功率半导体器件具有较高的可靠性和较长的使用寿命，需要合理的热管理方法对功率半导体器件内部芯片的热点温度进行在线监控，即对芯片的最高温度进行在线监控，以便根据功率半导体内部芯片的温度相应地进行温度管理。

现有的用于监控功率半导体器件热点温度的方法主要有红外热成像法、基于接触式测温芯片的测量法以及基于功率半导体器件功率损耗、热阻网络以及冷却液温度的温度模型方法。

其中，红外热成像法和基于接触式测温芯片的测量法均需要在打开功率半导体器件外壳的条件下，测量功率半导体器件的热点温度，这样可能会对功率半导体器件造成损坏，并且不适用于在实际应用中对功率半导体器件的热点温度进行实时监控。而基于功率半导体器件功率损耗、热阻网络以及冷却液温度的温度模型方法将功率半导体器件的瞬时结温作为监控温度，该瞬时结温波动较大，会导致逆变器随着该瞬时结温的波动在“正常模式”和“降额控制模式”之间反复切换，由此将影响逆变器的性能；另外，由于该瞬时结温是基于瞬时功率和瞬时热阻的乘积得到的，当发生逆变器冷却水道堵塞、冷却水流速发生巨大变化或功率半导体器件老化等情况时，热阻网络的参数将会发生变化，由此对功率半导体器件瞬时结温计算的准确性产生影响。

综上所述，现有的用于监控功率半导体器件热点温度的方法均存在测量不准确，不适用于在实际应用中监控功率半导体器件的热点温度等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本申请提供了一种功率半导体器件热点温度估计方法及装置，保证所估计的热点温度的变化曲线为一条光滑连续、波动较小的曲线，减少对逆变器的损耗；并且即使在功率半导体器件老化、冷却系统参数变化等情况下，所估计出的热点温度仍具有较高的准确性。

本申请实施例公开了如下技术方案：

第一方面，本申请实施例提供了一种功率半导体器件热点温度估计方法，所述方法包括：

计算功率半导体器件的平均功率损耗；

基于所述功率半导体器件估计的热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿；

基于参数补偿后的所述热阻网络，计算所述功率半导体器件的平均结温以及结温波动的峰峰值；

根据所述功率半导体器件的平均结温以及所述结温波动的峰峰值，计算所述功率半导体器件的热点温度。

可选的，所述基于估计的功率半导体器件热参考点冷却水温度以及实测的热参考点冷却水温度，对热阻网络参数进行补偿，包括：