[发明专利]一种自校准的碳化硅电机控制器结温估算方法

说明书

本发明公开一种自校准的碳化硅电机控制器结温估算方法，本方法根据碳化硅结温计算公式，分析提取对结温计算影响最大的影响因子，并构建结温拟合公式，然后根据碳化硅黑模块红外试验数据，确定结温拟合公式中的待定参数，再利用NTC传感器，对结温拟合公式进行校准以提高估算精度，完成电机控制器碳化硅结温估算结果的自校准，获得碳化硅结温估算值T_j‑校准。本方法能能够实时反馈碳化硅芯片结温，并应用电机控制器内置的NTC传感器进行温度校准。

技术领域

本发明涉及计算方法，具体涉及一种自校准的碳化硅电机控制器结温估算方法。

背景技术

电动汽车、新能源发电、智能电网等领域的快速发展对功率半导体器件的性能和可靠性提出了越来越高的要求。对于电动汽车而言，由于外部环境和运行工况的不确定性，功率半导体器件的应用环境更为严苛。

以碳化硅为代表的第三代半导体材料具有禁带宽度高、热导率高、击穿场强高等特点，成为高压、高温和高频功率器件的优选材料。这也使得碳化硅芯片在体积更小、尺寸更薄的同时，带来的热聚集效应更强、电流密度更高。因此，碳化硅功率器件的芯片温度监控对其可靠性运行显得尤为重要。基于碳化硅半导体器件的电动汽车电机控制器，一般在陶瓷覆铜板(DBC)上靠近碳化硅芯片的位置安装一个或多个负温度系数(NTC)温度传感器。

从位置上看，NTC温度传感器与碳化硅芯片之间存在一定距离，无法反映碳化硅芯片的真实温度。因此，NTC温度传感器数值只可作为参考温度，碳化硅芯片温度才能表征芯片真实温度。

对现有技术进行解读，结温监控的方法主要集中在四个方面：电路检测法、热网络法、温度估算法和数据驱动法。

电路检测法是利用额外的检测电路，获取阻断漏电流、导通压降等电信号。然后根据结温计算公式，进行功率半导体结温计算。额外的检测电路，要求在半导体集电极和发射极设置采集点，这会改变原有的电路结构，增加成本，同时还会引入电磁兼容(EMC)不可预期的影响。

热网络法是将功率半导体模块的堆叠结构，抽象成为热阻、热容的串并联网络。依据功率半导体模块与冷却系统间的传热关系，建立功率半导体模块传热的热网络方程。并将功率半导体的损耗代入所建立的热网络方程，以此得到功率半导体结温。这种方法解决了结温预测中未考虑冷却系统、冷却条件的问题，因此更接近实际工况。但是由于热阻、热容并非常数，而是随温度变化非线性取值，所以热网络方程并不完全准确。

温度估算法是利用功率半导体模块的输出电流、输出频率、母线电压等参数，构建损耗模型。并通过各种自适应算法，估算功率半导体结温。这类方法对电机控制器芯片运算实时性要求较高，会占用处理器大量的计算资源。

数据驱动法是利用红外摄影仪、光纤传感器、热电偶等方式，采集大量样本数据。并通过数据拟合或者神经网络训练的方式，构建电流、电压、频率与功率半导体结温之间的函数关系。这种方法过分依赖于样本量，如果样本量出现总体偏差，测量结果将不准确。但如果充分利用NTC传感器采集的实际温度，那么功率半导体结温估算的可信度将大幅提升。

这几种方法存在改变原有的电路结构，增加成本，对电机控制器芯片运算实时性要求高，会占用处理器大量的计算资源，测量结果将不准确等问题。

发明内容

本发明提供一种自校准的碳化硅电机控制器结温估算方法，其目的是能够实时反馈碳化硅芯片结温，并应用电机控制器内置的NTC传感器进行温度校准。

本发明的总体思路如下：

基于碳化硅结温计算公式，分析提取对结温计算影响最大的影响因子，并构建结温拟合公式。基于碳化硅黑模块红外试验数据，确定结温拟合公式中的待定参数。利用NTC传感器，对结温拟合公式进行校准以提高估算精度。本发明中，结温拟合公式所需的数据，均由电机控制器现有传感器、主控芯片进行反馈，无需额外增加传感器或者改变硬件电路结构。