[发明专利]基于FPGA的SiC功率器件在线结温计算方法

说明书

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及基于FPGA的SiC功率器件在线结温计算方法。该计算方法包括：1)对驱动脉冲信号进行预处理，输出重构信号；2)对导通电流进行去零漂处理；3)计算脉冲导通期间的平均功率；4)然后进行延时信号复现；5)最后功率损耗脉冲流进入结温模型计算出功率器件结温。本发明应用于SiC功率器件各种各样的应用场合，提供了以驱动信号为依据计算功耗的处理方法，提出了基于概率统计的在线动态去零漂方法，提出了功率损耗脉冲流构造方法，提出了Foster等效热网络模型最小单元热阻R和热容C并联的离散化模型，进而计算出跟实际波动一致的结温数据。

技术领域

本发明属于半导体技术领域，尤其涉及基于FPGA的SiC功率器件在线结温计算方法。

背景技术

以碳化硅(SiC)为代表的第三代半导体材料，具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率高、开关损耗小、频率高、功率大等优势，被认为是用于高电压、高频率的功率器件的理想半导体材料。

随着故障预测与健康管理技术在各行各业的应用推广，SiC器件在各种应用场景中的故障预测与健康管理研究越来越得到广泛的关注。据文献研究显示，SiC功率器件的功率损耗及结温是非常重要的参数，这对产品的故障诊断、寿命预测、维修决策至关重要。

纵观现有的功耗计算方法，一种是以正弦波周期为计算时长进行计算的，一种以一个脉冲周期为时长进行计算的，还有一种是以固定时长进行计算的。这三种方法都是求一个时间段内的平均功耗，对于计算结温来说，这几种功耗求解方式得到的稳态特性是一致的，能量相同，只是以不同的方式进入结温模型得出结温。但是，这种平均功耗波动较小，并不能体现实际功耗产生的波动性，更多表现的是稳态特性，相应计算出来的结温波动较小。但是对于寿命预测等结温应用场合，结温数据波动的大小直接影响寿命预测结果。因此，有必要开发符合实际功耗产生方式的算法，即计算每一个开关器件导通期间的平均功耗，再以脉冲功耗流的方式进入结温计算模型，求解对应的结温。

功率损耗计算方法上有直接采用简化公式进行估算的，也有以积分方式计算的。现有的简化公式计算中需要用到占空比等参数，但是占空比不是定值，所以精度较低。积分计算方法可以捕捉运行过程中的电流、电压变化，计算出来功耗的精度相对较高。本发明中采用积分的方法来计算功率损耗。

此外，驱动脉冲作用于功率器件后并不会做到瞬时开断，存在开通过程和关断过程。如果以驱动脉冲作为开断依据而不考虑开通关断过程的话，计算中所用于计算开通与关断损耗的电流必然不准确，计算通态损耗的积分时间段也不准确，也会影响结果的准确性。对驱动脉冲进行合理处理，选择恰当时间的电流进行功率损耗计算，才会得到比较准确的功耗计算结果。

对于实际采集到的功率器件导通电流，由于采集设备电源电压不稳、元器件参数变化、温度变化等原因，不可避免地存在零漂。特别是温度变化引起的零漂，在设备运行过程中温度不断变化，很难做静态校正。如果能进行动态零漂识别，将采集到的数据中包含的零漂剔除，得到较准确的功率器件导通电流，那么对于准确计算功率器件功率损耗及结温是非常有意义的。

实际应用中，SiC等功率器件的使用频率可能很高，能够在线计算功率损耗及结温计算方法比较缺乏。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FPGA的SiC功率器件在线结温计算方法，其解决了SiC器件在高频应用场合在线功耗及结温计算问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

基于FPGA的SiC功率器件在线结温计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)对驱动脉冲信号g进行预处理，输出重构脉冲信号g1；

2)对导通电流进行去零漂处理；

3)计算脉冲导通期间的平均功率损耗；

4)进行延时信号复现，生成功率损耗脉冲流；