[发明专利]单个开关周期内芯片动态结温监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种单个开关周期内芯片动态结温监测系统，其特征在于：包括绝缘栅双极晶体管单元、主电路单元、电流采样单元、电压采样单元、温控单元和结温监测单元，所述绝缘栅双极晶体管单元包括相互串联的第一绝缘栅双极晶体管(S₁)和第二绝缘栅双极晶体管(S₂)；

主电路单元分别连接第一绝缘栅双极晶体管(S₁)和第二绝缘栅双极晶体管(S₂)，

电流采样单元连接到功率器件回路中，电流采样单元的传感点置于第二绝缘栅双极晶体管(S₂)的发射极；用于检测绝缘栅双极晶体管的导通电流，即集电极电流i_c；

电压采样单元并联到第二绝缘栅双极晶体管(S₂)的集电极和发射极两端；用于检测绝缘栅双极晶体管(IGBT)S₂的管压降，即集射极电压v_ce；

温控单元连接到第二绝缘栅双极晶体管(S₂)上；用于调节绝缘栅双极晶体管器件的温度；

结温监测单元分别连接电流采样单元、电压采样单元、温控单元和驱动单元；用于接收来自电流采样单元所采集的绝缘栅双极晶体管的集电极电流i_c、接收来自电压采样单元所采集的绝缘栅双极晶体管的集射极电压v_ce、接收来自温控单元所采集的绝缘栅双极晶体管的工作壳温；以开关控制信号作为对绝缘栅双极晶体管器件单个PWM周期内关断损耗积分的触发信号，根据电流采样单元检测得到的绝缘栅双极晶体管的集电极电流i_c以及结温监测单元计算获得的关断损耗，通过事先试验得到的关断损耗-电流-结温三维映射关系表，实时得到绝缘栅双极晶体管器件的关断时刻初始结温，估计单个开关周期内绝缘栅双极晶体管器件的最高结温。

2.根据权利要求1所述单个开关周期内芯片动态结温监测系统，其特征在于：所述主电路单元包括直流电压源(V)、电容(C)和电感(L)；直流电压源(V)的正极与电容(C)的一端、第一绝缘栅双极晶体管(S₁)的集电极相连，直流电压源(V)的负极与电容(C)的另一端、第二绝缘栅双极晶体管(S₂)的发射极相连，电感(L)的一端与第一绝缘栅双极晶体管(S₁)的发射极和第二绝缘栅双极晶体管(S₂)的集电极相连，电感(L)的另一端与第一绝缘栅双极晶体管(S₁)的集电极相连。

3.根据权利要求1所述单个开关周期内芯片动态结温监测系统，其特征在于：所述结温监测单元内置有FPGA/DSP/单片机，通过FPGA/DSP/单片机实现结温监测系统的计算过程。

4.根据权利要求1所述单个开关周期内芯片动态结温监测系统，其特征在于：所述电流采样单元、电压采样单元均采用模拟电路结构；根据驱动单元的开关控制信号，结温监测单元判断绝缘栅双极晶体管单元的绝缘栅双极晶体管(IGBT)的工作状态，包括导通状态、截止状态、开通过程、关断过程，在绝缘栅双极晶体管(IGBT)的关断过程中，增加结温监测单元内置有FPGA/DSP/单片机的ADC的模数转换位数，提高采样精度，得到关断期间内绝缘栅双极晶体管(IGBT)的功率曲线和关断损耗。

5.根据权利要求1所述单个开关周期内芯片动态结温监测方法，其特征在于：所述结温监测单元获得的关断时刻初始结温T_{j_off}，是进行温度标定试验设定的温度，忽略双脉冲实验中双脉冲对结温的影响，此关断时刻初始结温低于芯片实际结温；所述结温监测单元获得的单个开关周期内绝缘栅双极晶体管器件的最高结温，首先基于电热模型Z_th＝(T_j-T_c)/P＝ΔT_j/ΔP获得关断期间功率器件的结温变化范围ΔT_j，其中ΔP为功率损耗变化范围，P为IGBT的损耗功率，Z_th为开关周期内热阻；最终获得最高结温T_MAX。