[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

说明书

本发明提供了一种基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法及系统，所述方法包括控制所述被测功率半导体器件的开关状态，使流经所述被测功率半导体器件的电流为幅值及占空比固定的方波或锯齿波电流；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、温度状态变化；根据所述被测功率半导体器件的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变化的总损耗；所述总损耗减去导通损耗，得到所述被测功率半导体器件的开关损耗。本发明的功率半导体器件开关损耗测量方法，显著降低了测量系统的带宽和精度要求，能够实现无人工干预的快速自动化测试，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法及系统。

背景技术

功率半导体器件的开关损耗是变流器运行过程中主要的损耗来源。准确评估功率半导体的开关损耗对优化变流器的设计、提高电力电子装置的效率和可靠性有重要意义。

传统的开关损耗测量采用双脉冲测试的方法，通过示波器和探头记录功率半导体器件在开关过程中的电压、电流波形，再进行积分计算得到被测功率半导体器件的开关损耗。根据IEC标准对开关时间的定义，开通损耗的积分时间为从门极电压上升至其最大值10％的时刻到集射电压下降至其最大值2％的时刻；关断损耗的积分时间为从门极电压下降至最大值90％的时刻到集电极电流下降至关断前电流值2％的时刻。然而，由于功率半导体器件的开关速度快，开关时间范围在数十纳秒到几微秒，电压、电流的等效频率为数十兆赫兹，这对测量仪器的带宽提出了很高的要求。为了记录完整的开关波形，得到准确的开关损耗，测量系统的带宽需达到上百兆赫兹，测量成本高。

经检索，中国专利CN201910790743.6，公开一种功率半导体模块的损耗在线计算方法及其应用方法和装置，采用了测量温度的方式在线实时计算功率半导体器件的损耗。该专利的核心思想为：通过实时损耗和功率半导体模块中的温度传感器估算器件的实时结温，再通过估算的结温和测量到的器件电气参数(电压、电流)查表得到器件的导通压降和开关损耗，从而形成闭环的结温在线观测器。但是该专利中的器件结温是通过估计得到的，损耗是通过提前的离线测量得到的，并不能保证准确性。并且该专利的目的是实时计算工况下的器件损耗及其结温，是一种基于热模型的在线估算，主要用于显示器件工况下的状态。

因此，急需研发一种能克服上述技术问题的功率半导体开关损耗测量方法及系统。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种结构简单、测量精准、便于测量的基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法及系统。

本发明的第一方面，提供一种基于温度测量的功率半导体开关损耗测量方法，所述测试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；