本發(fā)明屬于電力電子，涉及基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法。

背景技術(shù)：

1、寬禁帶功率半導體器件sic?mosfet由于具有高的電壓應(yīng)力、導熱率和開關(guān)速度等優(yōu)越性能越來越廣泛應(yīng)用于新能源并網(wǎng)發(fā)電、儲能、電動車驅(qū)動和電力系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域，成為綠色電力電子裝置的首選器件，它使電力電子裝置功率密度和效率大大提高。據(jù)統(tǒng)計，在電力電子裝置中，結(jié)溫是功率器件故障失效的主要因素，占比50%以上。結(jié)溫每升高10℃，功率器件的故障率升高1倍。因此，電力電子裝置中對sic?mosfet的結(jié)溫進行監(jiān)測和控制是新能源等電力電子裝備可靠工作必需的。sic?mosfet的結(jié)溫很難直接地被檢測，故而其結(jié)溫估計的研究意義重大。

2、sic?mosfet結(jié)溫估計的基礎(chǔ)是結(jié)溫估計模型的建立，而結(jié)溫估計模型依賴于溫度模型，即溫敏參數(shù)與結(jié)溫的關(guān)系數(shù)據(jù)。sic?mosfet的輸出特性描述的就是在給定結(jié)溫下sicmosfet的漏源電壓和漏極電流的關(guān)系。但通常sic?mosfet生產(chǎn)商家datasheet輸入輸出特性曲線數(shù)據(jù)很有限，所建立的溫度模型不能保證在全溫范圍內(nèi)溫度模型的準確性。很多學者通過搭建sic?mosfet溫度檢測系統(tǒng)實測數(shù)據(jù)，這樣不僅會消耗大量的時間和硬件成本，而且溫度模型精度依賴于所涉及的檢測系統(tǒng)，準確性堪憂。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，該方法利用simetrix/simplis軟件建立sicmosfet的溫度數(shù)據(jù)簇模型；利用origin數(shù)據(jù)擬合軟件實現(xiàn)基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet三階多項式結(jié)溫估計模型，基于dsp控制系統(tǒng)完成了sic?mosfet的在線結(jié)溫估計，解決了現(xiàn)有結(jié)溫估計方法存在的成本高及結(jié)溫估計結(jié)果不準確的問題。

2、本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，具體包括如下步驟：

3、步驟1，對sic?mosfet建立關(guān)于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的輸入輸出特性測試電路；

4、步驟2，通過不同結(jié)溫、不同柵源極驅(qū)動電壓以及掃描間隔的設(shè)置，對sic?mosfet輸入輸出特性測試電路進行直流掃描，構(gòu)建溫度數(shù)據(jù)簇模型；

5、步驟3，利用步驟2提取的sic?mosfet的溫度數(shù)據(jù)簇模型，建立sicmosfet的結(jié)溫估計模型；

6、步驟4，構(gòu)建基于dsp的sic?mosfet結(jié)溫估計系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)估計并顯示當前sicmosfet的結(jié)溫。

7、本發(fā)明的特點還在于：

8、步驟1中，在simetrix/simplis仿真軟件中，對sic?mosfet，建立關(guān)于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的輸入輸出特性測試電路。

9、步驟2的具體過程為，通過不同結(jié)溫、不同柵源極驅(qū)動電壓以及掃描間隔的設(shè)置，對sic?mosfet輸入輸出特性測試電路進行直流掃描，得出反映全溫度范圍內(nèi)的sic?mosfet通態(tài)漏源極電壓-漏極電流輸入輸出特性的數(shù)據(jù)簇，即溫度數(shù)據(jù)簇模型。

10、步驟3的具體過程為：

11、利用步驟2提取的sic?mosfet的溫度數(shù)據(jù)簇模型，通過origin數(shù)據(jù)分析軟件中多項式擬合算法，采用基于溫敏電參數(shù)通態(tài)漏源電壓和漏極電流的三階多項式結(jié)溫估計模型，完成sic?mosfet的結(jié)溫估計模型的系數(shù)求解，實現(xiàn)sicmosfet的結(jié)溫估計模型建立，如下公式（1）所示：

12、（1）

13、其中， tj為sic?mosfet的結(jié)溫， vds為sic?mosfet的通態(tài)漏源電壓， id為sic?mosfet的漏極電流， pkm為sic?mosfet的三階多項式結(jié)溫估計模型的擬合系數(shù)，k=0,1,2,3,m∈(0,k)。

14、步驟4的具體過程為：

15、基于dsp的sic?mosfet結(jié)溫估計系統(tǒng)包括箝位隔止通態(tài)漏源電壓檢測電路，采用箝位隔止通態(tài)漏源電壓檢測電路隔絕sic?mosfet截止狀態(tài)時的電壓vds以及漏極電流 id，傳輸給sic?mosfet變換電路的dsp控制器，dsp控制器基于步驟3所建的sic?mosfet結(jié)溫估計模型，估計并顯示當前sic?mosfet的結(jié)溫。

16、步驟4中dsp控制器的控制算法為：首先初始化dsp控制器系統(tǒng)及中斷矢量，使能各級中斷，檢測柵源電壓vgs上升沿，如果不是，則繼續(xù)等待并檢測柵源電壓vgs上升沿，如果是，就采集漏源電壓vds和漏極電流id值并進行濾波得到通態(tài)漏源電壓和漏極電流去噪的準確值，根據(jù)步驟3所建sic?mosfet結(jié)溫估計模型公式(1)完成sic?mosfet結(jié)溫的在線估計，并顯示輸出估計的結(jié)溫。

17、步驟4中，dsp控制器中，中間延時環(huán)節(jié)是保證所測到的漏源電壓和漏極電流為sicmosfet通態(tài)時的漏源電壓vds和漏極電流id，延時時間大于sicmosfet開通時間。

18、步驟4中，sic?mosfet變換電路為sic?mosfet半橋電路。

19、本發(fā)明的有益效果是，該方法基于simetrix/simplis仿真軟件所建的sic?mosfet溫度數(shù)據(jù)簇模型依賴于描述sic?mosfet物理特性的網(wǎng)表文件，數(shù)據(jù)細致、豐富，遠遠大于廠商datasheet數(shù)據(jù)手冊中的輸入輸出特性數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)提取方法簡單，效率高，成本低，精確度高，可以實現(xiàn)全溫度范圍內(nèi)的sic?mosfet三階多項式結(jié)溫估計模型。該方法提出一種基于dsp數(shù)字信號處理器的以通態(tài)漏源電壓和漏極電流作為溫敏電參數(shù)的sic?mosfet結(jié)溫在線估計實現(xiàn)方法。sic?mosfet漏源電壓和漏極電流是sic?mosfet變換器控制系統(tǒng)最基本且常用的監(jiān)控電參量，不需額外增加sic?mosfet變換器數(shù)據(jù)采集量。該法采用箝位隔止的通態(tài)漏源電壓檢測電路就能準確地檢測出sic?mosfet的通態(tài)漏源電壓，方法簡單可靠，結(jié)溫估計關(guān)系明確清晰。

技術(shù)特征：

1.基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：具體包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟1中，在simetrix/simplis仿真軟件中，對sic?mosfet，建立關(guān)于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的輸入輸出特性測試電路。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟2的具體過程為，通過不同結(jié)溫、不同柵源極驅(qū)動電壓以及掃描間隔的設(shè)置，對sic?mosfet輸入輸出特性測試電路進行直流掃描，得出反映全溫度范圍內(nèi)的sic?mosfet通態(tài)漏源極電壓-漏極電流輸入輸出特性的數(shù)據(jù)簇，即溫度數(shù)據(jù)簇模型。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟3的具體過程為：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟4的具體過程為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟4中dsp控制器的控制算法為：首先初始化dsp控制器系統(tǒng)及中斷矢量，使能各級中斷，檢測柵源電壓vgs上升沿，如果不是，則繼續(xù)等待并檢測柵源電壓vgs上升沿，如果是，就采集漏源電壓vds和漏極電流id值并進行濾波得到漏源電壓和漏極電流去噪的準確值，根據(jù)步驟3所建sic?mosfet結(jié)溫估計模型公式(1)完成sic?mosfet結(jié)溫的在線估計，并顯示輸出估計的結(jié)溫。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟4中，dsp控制器中，中間延時環(huán)節(jié)是保證所測到的漏源電壓和漏極電流為sicmosfet通態(tài)時的漏源電壓vds和漏極電流id，延時時間大于sicmosfet開通時間。

8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的sic?mosfet在線結(jié)溫估計方法，其特征在于：所述步驟4中，sic?mosfet變換電路為sic?mosfet半橋電路。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了基于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的SiC?MOSFET在線結(jié)溫估計方法，具體包括如下步驟：步驟1，對SiC?MOSFET建立關(guān)于通態(tài)漏源電壓和漏極電流的輸入輸出特性測試電路；步驟2，通過不同結(jié)溫、不同柵源極驅(qū)動電壓以及掃描間隔的設(shè)置，對SiC?MOSFET輸入輸出特性測試電路進行直流掃描，構(gòu)建溫度數(shù)據(jù)簇模型；步驟3，利用步驟2提取的SiC?MOSFET的溫度數(shù)據(jù)簇模型，建立SiCMOSFET的結(jié)溫估計模型；步驟4，構(gòu)建基于DSP的SiC?MOSFET結(jié)溫估計系統(tǒng)，通過該系統(tǒng)估計并顯示當前SiC?MOSFET的結(jié)溫。本發(fā)明解決了現(xiàn)有結(jié)溫估計方法存在的成本高及結(jié)溫估計結(jié)果不準確的問題。

技術(shù)研發(fā)人員：伍文俊,劉潤凡,陳茜
受保護的技術(shù)使用者：西安理工大學
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8