CN114924176B 功率模块老化参数准在线辨识方法和结温校准方法及系统 （中国科学院电工研究所）

号功率模块老化参数准在线辨识方法和结温一种功率模块老化参数准在线辨识方法和试结温获取单元、老化参数获取模块和修正单2第一结温标定模块，所述第一结温标定模块适于对待测的主功标定导通电流和待测的主功率开关管的第一标定结温之间的第一映射关第二结温标定模块，所述第二结温标定模块适于对待测的第一数据拟合模块，所述第一数据拟合模块适于对所述第第二数据拟合模块，所述第二数据拟合模块适于对第二映射关第一采样模块，所述第一采样模块适于给准在线工作状开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功第一测试结温获取单元，所述第一测试结温获取单元适于获试结温为第一测试导通压降和第一测试电流的数据在第一函数关系中对应的第一标定结急停控制模块，所述急停控制模块适于给准在第二采样模块，所述第二采样模块适于在急停控制模块第二测试结温获取单元，第二测试结温获取单元适于温为第二测试导通压降的数据在第二函数关系中对应的第二标老化参数获取模块，所述老化参数获取模块适于当第一测试结所述老化参数获取模块包括：第一子模块，第一子模块适于根据键合线二测试结温TC2下的等效电阻变化参数ΔR(TC2)获取第一测试校准导通压降VZ1，VZ1＝VC1-电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变化参数ΔR33.根据权利要求1所述的功率模块老化参数准在线辨识系统，其特征在于，所述阈值权利要求1至4任意一项所述的功率模块老化参数准修正单元，所述修正单元适于根据等效电阻变化参数将第一函在线采样模块，所述在线采样模块适于给在线工作状态下的变关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率开关在线结温度获取单元，在线结温度获取单元适于根据第三测试降和第一修正函数关系获取待测的主功率开第一条件判断单元，所述第一条件判断单元适于判断变流器在第二条件判断单元，所述第二条件判断单元适于判断变流器是否满足准在线工作状所述第一采样模块适于当变流器在线运行的时间是否大于时间阈值且变流器是否满足准在线工作状态时给准在线工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一9.一种功率模块老化参数准在线辨识方法，适于监测功步骤S1：对待测的主功率开关管正向注入第一标定导通关管在离线状态下的第一标定导通饱和压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管步骤S2：对所述第一映射关系中数据进行拟合以步骤S3：对待测的主功率开关管注入第二恒定标定电流，在离线状态下的第二标定导通饱和压降与待测的主功率开关管的第二标定结温之间的第4步骤S4：对第二映射关系中数据进行拟合以获取第二函数步骤S5：给准在线工作状态下的变流器中待测的主功步骤S6：获取第一测试结温，第一测试结温为第一步骤S7：获取第一测试结温之后，给准在线工作状态下步骤S8：在给准在线工作状态下的变流器中所有的主步骤S9：获取第二测试结温，第二测试结温为第二测试根据第二测试结温、第一测试电流、第一测试导通压降获取键合线电阻变化参数ΔR(TC2)，ΔR(TC2)=ΔR(Tt)*(1+k*(TC2-Tt)；适于根据第一测试导通压降电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变化参数ΔR权利要求9至10任意一项所述的功率模块老化参数准在线辨根据等效电阻变化参数将第一函数关系进行校准为第一修正函变流器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率开关管的第三13.根据权利要求11所述的结温校准方法，其特征在于，第一修正函数关系为TB1＝f1为特征温度，k为键合线的电阻温度系数，ΔR(Tt)为键合线在5状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率开关6[0003]传统对功率半导体芯片结温的检测方法主要是基于SiIGBT的研究，包括物理接触法，光学测量法、模型预测法和热敏感电参数法(ThermalSensitiveElectricalParameters，TSEPs)提取法四大类。目前应用较多的是热敏感电参数法(Therma[0006]本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中获取的老化参数的精度较低且测试难度大的问题，从而提供一种功率模块老化参数准在线辨识方法和结温校准方法及系和压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管的第一标定结温之间的第一映射关系；7开关管的第二标定结温之间的第二映射关系，第二恒定标定电流远小于第一标定导通电的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功率开关管的第键合线在第二测试结温TC2下的等效电阻变化参数ΔR(TC2)获取第一测试校准导通压降VVZ1＝VC1-ΔR(TC2)＊IC1；第三子模块，所述第三子模块适于根据第一测试校准导通压降VZ1、第一测试电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率开关管的第三测试通压降和第一修正函数关系获取待测的主功率开关管的8-间阈值且变流器是否满足准在线工作状态时给准在线工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功率开关线状态下的第一标定导通饱和压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管的第一标功率开关管在离线状态下的第二标定导通饱和压降与待测的主功率开关管的第二标定结步骤S8：在给准在线工作状态下的变流器中所有的主功率开关管施加强制关断信号之后，给准在线工作状态下的变流器中的待测的主功率开关管注入第二测试电流并获取待测的第一测试电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变化参9试导通压降和第一修正函数关系获取待测的主功率开关管的-的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功率开关管的第给准在线工作状态下的变流器中所有的主功率开关管施加强制关断信号的时间较少。之下测试获取第二测试结温，这样在使用变流器的过程中无需将待测的主功率开关管取出，压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管的第一标定结温之间的第测的主功率开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功率开关管的第一测试导通压有的主功率开关管施加强制关断信号，直至变流器中所有的负载电感中的电流全部均为中的待测的主功率开关管注入第二测试电流并获取待测的主功率开关管的第二测试导通[0044]第二测试结温获取单元510，第二测试结温获取单元510第二测试结温为第二测试导通压降的数据在第二函数关系中对应的第功率开关管单元包括第二主功率开关管T2和与第二主功率开关管T2反向并联的第二二极关管T3的集电极和第五主功率开关管T5的集电极连接在一起并与直流母线电源UDC的正极[0048]图3中，本发明中的功率模块包括位于上桥位置和下桥位置构成的若干对功率开[0049]功率模块中的键合线包括：功率模块中连接不同的功率开关管单元之间的键合，第二负载电感LB的一端与第三主功率开关管T3的发射极以及第四主功率开关管T4的集和第一负载电阻RA上输出的总电压为UAN，第二负载电感LB和第二负载电阻RB上输出的总电第一负载电阻RA的电流为第一电流IA，流过第二负载电感LB和第二负载电阻RB的电流为第[0051]本实施例中，第一结温标定模块100将第一标定导通电流从待测的主功率开关管[0052]所述第一结温标定模块100对待测的主功率开关管正向注入第一标定导通电流的[0053]第一结温标定模块100包括第一恒流源，第一恒流源向待测的主功率开关管正向的第一标定导通饱和压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管的第一标定结温之[0056]所述第二结温标定模块200对待测的主功率开关管注入第二恒定标定电流的过程[0058]在一个实施例中，第二结温标定模块200将第二恒定标定电流从待测的主功率开[0059]第二结温标定模块200包括第二恒流源，第二恒流源适于产生恒定电流并将恒定电流正向注入待测的主功率开关管，第二结温标定模块200给待测的主功率开关管正向注态下的第二标定导通饱和压降与待测的主功率开关管的第二标定结温之间的第二映射关块200利用这种关系的结温测量方法称之为小电流导通压降法。作为一种实验室进行离线[0061]本实施例中所说的离线状态是待测的主功率开关管从变流器中取出在实验室被[0062]第二数据拟合模块210拟合成的第二函数关系可以是多项式或者三角函数。本实[0064]需要说明的是，本实施例中对于具体的第一数据拟合模块110和第二数据拟合模[0065]所述第一采样模块300适于给准在线工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一测试电流IC1并获取待测的主功率开关管的第一测试导通压降VC1，准在线工一测试导通压降VC1和第一测试电流IC1的数据在第一函数关系中对应的第一标定结温TB1的[0067]所述急停控制模块400适于给准在线工作状态下的变流器中所有的主功率开关管[0069]急停控制模块400在第一时刻t1至第三时刻t3给准在线工作状态下的变流器中所有的主功率开关管施加强制关断信号直至变流器中所有的负载电感中的电流全部均为零块400在所有的主功率开关管的栅极上持续施加强制关断信号的阶段电流不会流过各主功负载电感LB和第三负载电感LC中的电流在第三时刻t3全部均为零。第三时刻t3为与主功率开关管电学连接的所有负载电压中的电流刚好均为零的时刻，具体的，对于图4中的变流主功率开关管电学连接的电感进行快速续流时，该非待测的主功率开关管处于关断状态，[0072]所述第二采样模块500适于在急停控制模块给准在线工作状态下的变流器中所有500适于在第三时刻t3之后且在第四时刻t4之前给准在线工作状态下的变流器中的待测的样模块500在第三时刻t3之后且在第四时刻t4之前给待测的主功率开关管的栅极上施加高T1至第五功率开关管T5的栅极上施加低电平而继续保持关断状态。第二测试电流为5mA-[0074]所述第二测试电流等于第二恒定标定电流，这样提高最终得到的验证结温的精到的第二测试导通压降VC2的数据赋值给VB2，通过第二函数关系计算得到的TB2的值作为第Tt获取键合线在第二测试结温TC2下的等效电阻变化参数ΔR(TC2)，ΔR(TC2)=ΔR(Tt)*(1+一测试电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变化参数ΔR(Tt)。具体的，将第一测试电流IC1赋值给IB1，第二测试结温TC2赋值给TB1，(TC2)＊IC1赋值给VB1，根据第一函数关系计算得到特征温度下的等效电阻变化参数ΔR变化参数将第一函数关系进行校准为第一修正函的时间是否大于时间阈值且变流器是否满足准在线工作状态时给准在线工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第一测试电流并获取待测的主功率开关管的第一测工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率[0083]图6为本实施例提供的在线采样的拓扑结构图，在线采样模块包括在线电流采样模块中待测的主功率开关管的结温，所述功率模块包括与所述主功率开关管连接的键合率开关管在离线状态下的第一标定导通饱和压降与第一标定导通电流和待测的主功率开关管在离线状态下的第二标定导通饱和压降与待测的主功率开关管的第二标定结温之间降VC1试电流IC1和第二测试结温TC2以及第一函数关系获取特征温度下的等效电阻变化参数ΔR流器在线运行的时间是否大于时间阈值；若变流器在线运行的时间小于或等于时间阈值，则给在线工作状态下的变流器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测变流器中待测的主功率开关管正向注入第三测试电流并获取待测的主功率开关管的第三[0103]需要说明的是，本发明的构思还可以获取图3中的变流器中的其他主功率开关管的验证结温。本发明的构思还可以获取其他结构的变流器的待测主功率开关的验证结温。其他结构的变流器如H桥电路的变流器和单[0104]该方法大大提高了现实应用中功率模块