CN108957276A - 基于集成热电阻的半导体功率器件保护方法及电路 - Google Patents

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金岩
阚啸
王文
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Abstract

本发明公开了基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法及电路，在线监测半导体功率器件的热电阻值，并将半导体器件的热电阻值与预设保护阈值进行比较；当热电阻值超过保护阈值时发出故障信号，并阻断半导体功率器件的开通信号和/或断开功率回路对其进行保护，通过在线监测全部半导体功率器件的热电阻值，实时与预设的保护阈值进行比较，实现了可针对应用中的任意一个半导体功率器件进行有效的温度保护；针对每一个半导体功率器件的集成热电阻进行监测，可保证远离散热器上的温度开关或温度计的半导体功率器件得到可靠的保护。

Description

基于集成热电阻的半导体功率器件保护方法及电路
技术领域
本发明属于半导体功率器件的应用领域，具体涉及一种基于集成热电阻的半导体功率器件保护方法。
背景技术
目前半导体功率器件在电力电子领域得到广泛应用，然而使用过程中的器件损耗使之内部温度升高，通常将其安装在散热器上并采用自然散热、强制风冷散热和水冷散热三种方式对其内部温度进行控制。当温度得不到有效控制而过热时，将出现器件失效的情况。虽然可以在散热器上安装温度开关或温度计进行温度监测，但该方法因温度开关或温度计安装位置，无法得到半导体功率器件的准确内部温度，且远离温度开关或温度计的半导体功率器件得不到针对性的保护。而且，在并联半导体功率器件模块中，为了保证各半导体功率模块的均流性，通常全部安装在同一个散热器上，并使各功率模块的散热条件一致，一旦某个器件下的散热器发生阻塞将出现过热故障而其他器件正常工作，假如散热器上的温度开关或温度计远离该器件，则该器件得不到有效的保护出现器件失效。
发明内容
本发明目的是提出一种基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，通过在线监测全部半导体功率器件的热电阻值，实时与预设的保护阈值进行比较，通过对半导体功率器件的热电阻值进行监测以及与预设保护阈值的比较，实现了可针对应用中的任意一个半导体功率器件进行有效的温度保护；针对每一个半导体功率器件的集成热电阻进行监测，可保证远离散热器上的温度开关或温度计的半导体功率器件得到可靠的保护，尤其是在液冷散热器内部采取并联多流道时，可保证某一分支流道因液体污染导致流道阻塞时，有效保护该阻塞流道上的半导体功率器件。
为了实现上述目的，本发明的解决方案如下：基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，在线监测半导体功率器件的热电阻值，并将半导体器件的热电阻值与预设保护阈值进行比较；当热电阻值超过保护阈值时发出故障信号，并阻断半导体功率器件的开通信号和/或断开功率回路对其进行保护。
所述半导体功率器件包括全控型半导体功率器件和半控型半导体功率器件，以及单相功率模块、三相功率模块或并联功率模块。
所述保护阈值根据不同的半导体功率器件或不同的温度降额标准进行设定；首先根据降额标准对半导体功率器件的内部最高工作温度进行限制，然后结合工作的电压、电流和开关频率计算得到其损耗，再参考内部热阻参数计算得到热电阻值的保护阈值。
在线监测全部半导体功率器件的热电阻值，当至少有一个超过预设保护阈值时发出故障信号，并阻断半导体功率器件的开通信号甚至功率回路对其进行保护；在线监测全部半导体功率器件的热电阻值。
基于集成热电阻半导体功率器件保护电路，包括半导体功率器件以及与半导体功率器件连接用于接收半导体功率器件热电阻值数据的在线温度监测及保护模块，在线温度监测及保护模块将接收到的热电阻值与预设保护阈值进行比较，当超出预设保护阈值时发送断开指令给半导体功率器件开通信号回路。
在线温度监测及保护模块还与半导体功率器件的功率回路开关连接，用于发送开合指令给功率回路开关。
所述半导体功率器件至少为一个，所有的半导体功率器件连接至同一个在线温度监测及保护模块。
所有的半导体功率器件连接至同一个功率回路开关。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明通过合理的结构设计，通过对半导体功率器件的热电阻值进行监测以及与预设保护阈值的比较，实现了可针对应用中的任意一个半导体功率器件进行有效的温度保护；且预设保护阈值可针对不同的半导体功率器件或不同的温度降额标准进行调整。另外，通用于全控型半导体功率器件和半控型半导体功率器件，也适用于单相功率模块、三相功率模块、并联功率模块的保护；另外，本发明针对每一个半导体功率器件的集成热电阻进行监测，可保证远离散热器上的温度开关或温度计的半导体功率器件得到可靠的保护，尤其是在液冷散热器内部采取并联多流道时，可保证某一分支流道因液体污染导致流道阻塞时，有效保护该阻塞流道上的半导体功率器件。
附图说明
图1基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法的组成示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。显然，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明的电路结构包括半导体功率器件以及与半导体功率器件连接用于接收半导体功率器件热电阻值数据的在线温度监测及保护模块，在线温度监测及保护模块将接收到的热电阻值与预设保护阈值进行比较，当超出预设保护阈值时发送断开指令给半导体功率器件开通信号回路；在线温度监测及保护模块还与半导体功率器件的功率回路开关连接，用于发送开合指令给功率回路开关；半导体功率器件至少为一个，所有的半导体功率器件连接至同一个在线温度监测及保护模块，所有的半导体功率器件连接至同一个功率回路开关，在图1所示的实施例中，半导体功率器件为3个，半导体器件为IGBT。
如图1所示，展示了对3只半导体功率器件的保护，但不能限定于本方法只能监测3只半导体功率器件并进行保护。本方法由多只功率半导体器件及其功率回路开关、在线温度检测及保护功能模块和半导体功率器件开通信号回路组成。在线温度监测及保护功能模块在线监测三只半导体功率器件的内部热电阻值，并实时与预设的保护阈值进行比较，该保护阈值根据不同的半导体功率器件或不同的温度降额标准进行设定，具体来说，首先根据降额标准对半导体功率器件的内部最高工作温度进行限制，然后结合工作的电压、电流和开关频率计算得到其损耗，再参考内部热阻参数计算得到热电阻值的保护阈值；当所监测的热电阻值至少有一个超过预设的保护阈值时，输出故障信号，并同时阻断半导体功率器件开通信号回路，控制功率回路开关断开，断开半导体开通信号回路仅可实现全控型半导体功率器件的保护，而控制功率回路开关断开可实现半控型半导体功率器件的保护。
仅由一只半导体功率器件可组成单相功率模块；由三只半导体功率器件可组成三相功率模块；至少2只半导体功率器件可组成并联功率模块。

Claims (8)

1.基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，其特征在于，在线监测半导体功率器件的热电阻值，并将半导体器件的热电阻值与预设保护阈值进行比较；当热电阻值超过保护阈值时发出故障信号，并阻断半导体功率器件的开通信号和/或断开功率回路对其进行保护。
2.根据权利要求1所述的基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，其特征在于：所述半导体功率器件包括全控型半导体功率器件和半控型半导体功率器件，以及单相功率模块、三相功率模块或并联功率模块。
3.根据权利要求1所述的基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，其特征在于：所述保护阈值根据不同的半导体功率器件或不同的温度降额标准进行设定。
4.根据权利要求1所述的基于集成热电阻半导体功率器件的保护方法，其特征在于：在线监测全部半导体功率器件的热电阻值，当至少有一个超过预设保护阈值时发出故障信号，并阻断半导体功率器件的开通信号甚至功率回路对其进行保护；在线监测全部半导体功率器件的热电阻值。
5.基于集成热电阻半导体功率器件保护电路，其特征在于，包括半导体功率器件以及与半导体功率器件连接用于接收半导体功率器件热电阻值数据的在线温度监测及保护模块，在线温度监测及保护模块将接收到的热电阻值与预设保护阈值进行比较，当超出预设保护阈值时发送断开指令给半导体功率器件开通信号回路。
6.根据权利要求5所述的基于集成热电阻半导体功率器件保护电路，其特征在于，在线温度监测及保护模块还与半导体功率器件的功率回路开关连接，用于发送开合指令给功率回路开关。
7.根据权利要求5所述的基于集成热电阻半导体功率器件的保护电路，其特征在于：所述半导体功率器件至少为一个，所有的半导体功率器件连接至同一个在线温度监测及保护模块。
8.根据权利要求5所述的基于集成热电阻半导体功率器件的保护电路，其特征在于：所有的半导体功率器件连接至同一个功率回路开关。
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