[发明专利]一种防止半导体功率器件结温超限的实时在线保护方法

说明书

本发明公开了一种防止半导体功率器件结温超限的实时在线保护方法，涉及半导体功率器件结温超限保护方法领域。可以在保证对CPU运算能力要求不高的前提下，通过固定周期t_p内半导体功率器件的壳温和电流查表获得对应的时限值t，对t_p/t进行累加，即可判断半导体功率器件的结温是否超限。首先，根据半导体功率器件的手册参数计算或仿真获得功率器件在不同电流、壳温下的堵转时限二维表格；然后，按照固定的周期t_p获取半导体功率器件的电流、壳温；获得时限t；最后，按照t_p/t进行累加，一旦累加值达到或超过1，则进行结温超限保护，关闭半导体功率器件。其工作量较小，CPU运算量小，不存在热敏参数法映射结温的参数范围局限性。

技术领域

本发明涉及半导体功率器件结温超限保护方法领域。

背景技术

近年来，半导体功率器件作为核心零件被广泛应用于工业自动化、交通运输、智能电网、新能源等领域，其可靠性已经成为高等院校、科研机构及高新技术企业的研究热点。半导体功率器件的结温是决定其能否可靠运行的最关键参数之一，研究表明超过60%的半导体功率器件失效都是由于内部结温超限导致的，因此，在设备运行过程中实时在线的获取半导体功率器件的结温并进行保护是非常必要的。

在设备运行过程中实时在线的获取半导体功率器件结温并进行保护的方法主要有以下两大类：

一是基于功耗、热阻模型的结温在线计算方法。公开号为US 2016/0334280 A1的美国发明专利、公开号为CN 103956887 A的中国发明专利申请就属于此类方法，利用半导体功率器件供应商提供的参数，结合设备运行过程中半导体功率器件的开关情况，在线计算出半导体功率器件的实时功耗，再乘以半导体功率器件的动态热阻，从而获得半导体功率器件的结壳温升，再加上半导体功率器件的测量壳温，即可获得半导体功率器件的结温。此类方法可以获得较为准确的结温，但计算量大，如果要做到实时在线，对CPU运算能力要求较高，此外，当设备运行工况实时变化时，半导体功率器件的动态结温曲线无法通过该方法获取。

二是基于热敏参数的结温在线推算方法。公开号为CN 106199367 A的中国发明专利申请就属于此类方法，利用半导体功率器件的特性，选择与结温呈简单线性关系的较易测量的参数，通过实时在线获取该参数来推算结温。此类方法计算量小，对CPU运算能力无要求，且可以获得设备运行在变化工况时半导体功率器件的动态结温，但热敏参数与结温之间的关系往往只在一定范围内存在简单线性关系，超出范围难以建立相应的数学模型，精度无法保证，且热敏参数除了与结温相关，还与其它参数相关联，从而需要引入多维数据表格，大大增加了前期通过测试获取参数与结温关系的工作量，增加了算法插补的复杂度。

发明内容

本发明针对以上问题，提出了一种防止半导体功率器件结温超限的实时在线保护方法，可以在保证对CPU运算能力要求不高的前提下，通过固定周期t_p内半导体功率器件的壳温和电流查表获得对应的时限值t，对t_p/t进行累加，即可判断半导体功率器件的结温是否超限。

本发明的技术方案为：所述实时在线保护方法为：

首先，根据半导体功率器件的手册参数计算或仿真获得功率器件在不同电流、壳温下的堵转时限二维表格；

然后，按照固定的周期t_p获取半导体功率器件的电流、壳温；

如果电流值、壳温值处于表格范围内，则查表获得时限t；如果电流值、壳温值高于表格上限，则按照表格中的电流上限值、壳温上限值进行查表获得时限t；如果电流值、壳温值低于表格下限，则时限t为一负常数；最后，按照t_p/t进行累加，一旦累加值达到或超过1，则进行结温超限保护，关闭半导体功率器件。

按以下步骤进行：