[发明专利]分析功率半导体装置的操作

说明书

分析功率半导体装置的操作，一种用于分析功率半导体装置(PS1，PS2，PS3)的操作的方法包括：确定装置(PS1，PS2，PS3)的参考电压(V1，…Vn，…VN)的集合和电流(I1，…In，…IN)，并测量在预定的时间间隔内装置(PS1，PS2，PS3)的Nframe个导通状态电压(Vmeas(1)，…Vmeas(k)，…Vmeas(Nframe))和Nframe个对应的导通状态电流(Imeas(1)，…Imeas(k)，…Imeas(Nframe))，以获得Nframe个测量点(MP(1)，…MP(k)，…MP(Nframe))。通过对Nframe个测量点(MP(1)，…MP(k)，…MP(Nframe))进行最小二乘拟合，来调整参考电压(V1，…Vn，…VN)的集合。经调整的参考电压(V1，…Vn，…VN)的集合用于分析功率半导体装置(PS1，PS2，PS3)的操作。

本发明涉及用于分析功率半导体装置的操作的方法和电路以及包括这种电路的功率电子系统。

在功率电子系统中，例如在功率转换器中，功率半导体装置的结温是对系统操作设定限制的关键量。超过绝对极限可能被认为是灾难性的，并且系统的整个生命周期中的热行为会影响可靠性和劣化速率。但是，装置本身，例如绝缘栅双极晶体管、IGBT、MOSFET、晶闸管或二极管是“带电”的并且在电气高度嘈杂的环境中，因此结温的直接测量可能不可行。

但是，可以基于与半导体装置相关联的温度敏感的电气参数TSEP来估计结温。现有的方法在非常低的电流下根据TSEP估计结温，非常低的电流即在毫安范畴下，通常小于功率电子系统的额定电流的1％。因此，这种方法不适用于功率电子系统的大多数应用，并且可能仅在特定的实验室设置中有用。其它方法在高电流下估计结温，高电流例如是额定电流的10％至100％。在这种情况下，可以将查找表或方程拟合到在一系列结温和导通状态(即，正向)电流范围内测量的事先校准数据。但是，这需要在使用之前对每个系统进行详细且准确的校准，这对于工业应用是不切实际的。

因此，本发明的目的是提供用于分析功率半导体装置的操作的改进的概念，该概念在至少达到额定电流的导通状态电流处是适用的，并且不需要事先校准。

这一目的是由独立权利要求的主题实现的。进一步的实施方式和实施例是从属权利要求的主题。

改进的概念基于利用功率半导体装置的导通状态电压作为TSEP并有效地移除导通状态电压对导通状态电流的依赖性仅留下对结温的依赖性的想法。这是通过将测量点分配给预定义的箱(bin)并通过对访问的测量点进行最小二乘拟合来校正箱而实现的。这导致有效的在线校准，该校准是在正常操作期间进行的，这使得在使用过时之前进行实际校准。

根据改进的概念，提供了一种用于分析功率半导体装置的操作的方法。提供了装置的N个参考电压的集合和装置的N个对应参考电流的集合。N是等于或大于2的整数。在预定的时间间隔内测量装置的Nframe个导通状态电压和导通状态电流，测得的电压和电流表示Nframe个测量点。Nframe是等于或大于2的整数。通过对Nframe个测量点、特别是在测量点处的Nframe个测得的导通状态电压进行最小二乘拟合，来调整该参考电压的集合。原则上，任何最小二乘法都可以用于拟合，而增量最小二乘法是优选的。然后，经调整的参考电压的集合用于分析功率半导体装置的操作。

根据改进的概念的方法非常适用于至少达到额定电流的导通状态电流，并且可以避免事先校准。它提供了准确性和计算负载的有利权衡。由于使用了大量数据，因此可以大大减小误差。该方法可以应对DC电流或非常低频的AC电流，而许多已知的方法不能做到。

根据该方法的一些实施方式，对功率半导体装置的操作的分析包括基于经调整的参考电压的集合估计装置的结温。

根据一些实施方式，对功率半导体装置的操作的分析包括确定导通状态电压随时间的偏移。

导通状态电压的偏移表示功率半导体装置的电气劣化。这些实施方式特别适合于如果在功率半导体装置的电流-电压特性中存在温度不变点而参考电流之一对应于不变点的情况。