[发明专利]一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路及方法

说明书

本发明公开了一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路及方法，属于电力电子技术与电工技术领域。该电路由并联在主功率开关管两端的电容充放电回路和主功率回路的辅助开关构成，串联在功率回路的开关为第一辅助控制开关，并联在主功率开关管两端的第一调节电阻、第二辅助控制开关和第一储能电容依次串联，组成电容充放电回路。通过检测电容的放电电流，并计算放电电流衰减时间常数的大小，进而精确计算出主功率开关管的导通电阻值，最后根据导通电阻与结温之间的对应关系提取出主功率开关管的结温。本发明简化了主功率开关管导通电阻的提取过程，提高了导通电阻的提取精度，可显著提升主功率开关管结温提取的快速性和准确性。

技术领域

本发明涉及电力电子技术与电工技术领域，尤其涉及一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路及方法。

背景技术

电力生产、传输和消费方式的巨大变革对电力电子装备的可靠性提出了更高的要求。温度诱发的功率器件失效已经成为电力电子系统失效的主要因素。因此，功率器件结温的精确提取是电力电子变换装备的寿命预测、健康管理和可靠性评估的基础。目前，功率器件的结温提取方法主要有光学测量法、物理接触法、热网络模型法和温敏电参数法，其中温敏电参数法以功率器件本身作为温度传感器，基于电气参数与功率器件结温之间的关系，通过测量电气参数来准确获得器件结温，此方法不改变功率器件的封装结构且响应速度快，是最具应用前景的结温测量方法。导通电阻是常用的温敏电参数法，功率器件导通电阻的变化只与温度有关，在结温提取中具有很好的一致性、线性度和灵敏度等优点，广泛应用于功率器件结温的在线提取。

目前已有的文献中基于功率器件导通电阻提取结温的常用方法是使用电压传感器和电流传感器同时测量功率器件两端的电压和流过功率器件的电流，通过计算电压与电流的比值得出导通电阻的值，这种测量方法对功率器件本身的侵入性较强，成本较高，需要额外考虑电压传感器与功率器件之间的电隔离问题，并且当温度变化较小的情况下进行测量时，传感器的测量精度和分辨率会对测量结果造成较大的影响。此外，也有文献中提出基于负载电流谐振振铃时间常数提取导通电阻的方法，但此方法中驱动回路的二阶电路中需要考虑的寄生电感、电容参数较多，测量结果受寄生参数的影响较大，并且时间常数的提取过程比较复杂，因此，导通电阻的提取过程复杂，结温提取的准确性不高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路及方法，能够在简化导通电阻提取电路的同时有效减小寄生参数对测量结果的影响，降低时间常数提取的复杂程度，提高功率器件结温提取的可靠性和精度。

本发明为实现上述目的采用如下技术方案：

一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路，反推导通电阻的结温提取电路由并联在主功率开关管Q两端的电容充放电回路和主功率回路的辅助开关构成，串联在主功率回路的开关为第一辅助控制开关K₁，并联在主功率开关管Q两端的第一调节电阻R、第二辅助控制开关K₂和第一储能电容C依次串联，组成一阶电容充放电回路。

进一步的，第一辅助控制开关K₁和第二辅助控制开关K₂均为全控型开关，主功率回路中的第一辅助控制开关K₁用于控制负载回路的闭合和关断；第二辅助控制开关K₂用于控制第一储能电容的充电和放电过程。

一种利用充放电反推导通电阻的结温提取电路的方法，在一阶电容充放电回路中，第一调节电阻R、第二辅助控制开关K₂和第一储能电容C依次串联；第一调节电阻R根据主功率开关管Q的型号及导通电阻的典型值大小优化选择，第一储能电容C根据主功率开关管Q的开关频率、导通电阻和第一调节电阻R的大小优化选择。

进一步的，在一阶电容充放电回路未工作时，第一辅助控制开关K₁始终保持闭合状态，使得主功率回路正常工作；第二辅助控制开关K₂始终保持关断状态，切断一阶充放电回路。