[发明专利]一种基于碳化硅的智能功率模块及应用

权利要求书

1.一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，包括驱动芯片、驱动单元和计算单元；驱动单元包括门级驱动电路，测量和控制智能功率模块端口电气参数，用以表征功率器件故障和老化的状态，优化开关轨迹控制；计算单元使用边缘计算模块对端口测量参数进行计算，通过嵌入式机器学习和回流新数据不断完善电热模型，增强监测设备性能。

2.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，所述门级驱动电路包括FPGA和电压源阵列或电流源阵列，电压源阵列或电流源阵列包括M行N列，M、N均是大于零的整数，FPGA输出M个信号，每个信号均连接电压源阵列或电流源阵列的一行，控制电压源阵列或电流源阵列输出不同的电压值或电流值。

3.根据权利要求2所述的一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，驱动芯片参数可重新配置，允许用户对开关损耗和电压或电流过冲之间的折中进行微调。

4.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，智能功率模块端口测量的电气参数包括导通电压V_DSon、栅极阈值电压V_th、米勒高原持续时间t_MP、米勒高原电压V_MP、栅极阈值前电压V_GS(pre-th)、漏极电流变化率di/dt、外部栅极电阻上的电压降V_gext、用额外的电流源充电时的电压差ΔV_GS、漏极电压峰值V_peak和漏极电流峰值I_peak。

5.根据权利要求1所述的一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，所述边缘计算算法是先在前端获取电气参数，测量关键数据进行数据融合，将融合的数据进行数据存储，得到精简的数据集，使用边缘计算算法对存储的数据进行解析并反馈，实现预测分析，得到智能功率模块的控制信号。

6.根据权利要求5所述的一种基于碳化硅的智能功率模块，其特征在于，智能功率模块还包括云端计算模块，云端计算模块将测量电气参数上传至云端计算，智能功率模块的数据传输至云端的数字系统中，更新数字系统中电热模型参数，进而根据电热模型参数判断智能功率模块故障发生的时间和概率。

7.一种变换器，其特征在于，包括任意一项如权利要求1-6所述的基于碳化硅的智能功率模块。

8.一种基于碳化硅的智能功率模块监测方法，其特征在于，使用任意一项如权利要求1-6所述的基于碳化硅的智能功率模块，从智能功率模块端口监测电气参数，搭建电热模型，通过不断更新电气参数完善模型，得到智能功率模块端口可测量信号与其内部节温、故障和老化状态的关系；计算单元使用边缘计算模块对测量电气参数进行解析和连接，降低传输带宽。

9.根据权利要求8所述的一种基于碳化硅的智能功率模块监测方法，其特征在于，使用门级驱动电路控制电压源阵列或电流源阵列，门级驱动电路的开关控制电压源阵列或电流源阵列中参数的打开/关闭，得到不同的电源值或电流值。

10.一种电动汽车，其特征在于，使用任意一项如权利要求7所述的变换器，变换器中智能功率模块将端口的电气参数实时上传至云端计算和存储，监测变换器的故障情况和使用寿命，根据不断更新的数字电热模型，预测故障发生时间和概率，并将计算结果反馈至变换器。