[发明专利]基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法及系统

权利要求书

1.一种基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法，其特征在于，所述测量方法基于全桥结构测试电路，以全桥电路中的一个或多个功率半导体器件为被测功率半导体器件；通过测量被测功率半导体器件的温度状态和导通压降，从而间接获得所述被测功率半导体器件的开关损耗，具体包括：

通过PWM驱动信号控制所述被测功率半导体器件的开关状态，所述被测功率半导体器件的关断耐压为设定的测试电压且流经所述被测功率半导体器件的电流为幅值固定、占空比固定的方波或锯齿波电流，所述方波或锯齿波电流的最小值为零，最大值为设定的测试电流；

当所述被测功率半导体器件达到热稳定状态后，测量所述被测功率半导体器件的电气状态和温度状态，其中：所述电气状态包括：功率半导体器件或全桥电路中负载电抗器上流经的电流、驱动占空比、导通压降、开关频率，用于计算被测功率半导体器件的导通损耗；所述温度状态包括：功率半导体器件的结温、功率半导体器件的外壳温度、散热器的温度、环境温度中的任意两者或以上的温度值，用于计算热稳态时所述功率半导体器件的“结-外壳-散热器-环境”热路中任意两点或多点之间的温差；

基于得到的温差数据，结合离线测试得到的所述被测功率半导体器件的个体热阻模型或耦合热阻模型建立热阻矩阵方程，计算使被测功率半导体器件产生所述温度状态的总损耗，其中所述个体热阻模型或耦合热阻模型通过测量被测功率半导体器件直通直流电流达到热稳态时引起的温差计算得到；

将所述总损耗减所述导通损耗，得到所述被测功率半导体器件的开关损耗；

所述耦合热阻模型的热阻矩阵方程为：

P＝R^-1·T

其中：

P＝[P₁,P₂,…P_n]^T，P_i为所述耦合热阻模型中第i个被测功率半导体器件各自产生的总损耗；

T＝[ΔT₁,ΔT₂,…ΔT_n]^T，ΔT_i为所述耦合热阻模型中第i个被测功率半导体器件的结温、壳温、散热器温度、环境温度中任意两个温度值之差；

R^-1为耦合热阻矩阵R的逆矩阵，其中R为n*n阶矩阵，其对角线元素R_ii表示第i个被测功率半导体器件的自热阻，非对角线元素R_ij表示第i、j个被测功率半导体器件之间的耦合热阻，n为被测功率半导体器件总数，1≤i，j≤n，i≠j。

2.根据权利要求1所述的功率半导体开关损耗测量方法，其特征在于，所述被测功率半导体器件包括可控型功率半导体器件以及不控型功率半导体器件；其中：

当流经所述功率半导体器件的电流为占空比固定的方波时，被测可控型功率半导体器件的总损耗包括导通压降、开通损耗和关断损耗，被测不控型功率半导体器件的总损耗包括导通损耗和反向恢复损耗；

当流经所述功率半导体器件的电流为方波时，所述导通损耗等于方波电流的幅值、被测功率半导体器件的导通压降、占空比的乘积；

当流经所述被测功率半导体器件的电流为占空比固定的锯齿波时，被测可控型功率半导体器件的总损耗包括导通损耗和关断损耗，被测功率二极管的总损耗包括导通损耗；

当流经所述被测功率半导体器件的电流为锯齿波时，所述导通损耗等于每个开关周期的导通阶段内电流、导通压降乘积的积分乘以所述被测功率半导体器件的开关频率。

3.根据权利要求2所述的功率半导体开关损耗测量方法，其特征在于，对于测试的开关损耗类型：

当流经所述被测功率半导体器件的电流为占空比固定的方波时，计算得到设定测试条件下的开通损耗与关断损耗之和；

当流经所述被测功率半导体器件的电流为锯齿波时，计算得到设定测试条件下的关断损耗；

所述开通损耗与关断损耗之和减去所述关断损耗，得到设定测试条件下的开通损耗。

4.根据权利要求1所述的功率半导体开关损耗测量方法，其特征在于，所述导通压降由钳位电路测量得到，其中，所述钳位电路将功率半导体器件关断时的高压钳位在较低值而不影响功率半导体器件开通时的低压导通压降，从而在功率半导体器件开关状态下测得高精度的导通压降。