CN112765786A - 功率器件的结温估算方法、功率器件、电机控制器及计算机可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请实施例公开了一种功率器件的结温估算方法、功率器件、电机控制器及计算机可读存储介质，其中所述方法包括：获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算得到所述第一功率器件的平均损耗，根据所述第一功率器件的平均损耗计算所述第一功率器件的总温升，确定所述第一功率器件相邻的温度传感器并根据所述温度传感器计算冷却水的水温，对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算得到所述第一功率器件的结温。通过实施本申请，能准确估算功率器件MOSFET的结温，进而依据该结温对功率器件MOSFET进行过温保护。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种功率器件的结温估算方法、功率器件、电机控制器及计算机可读存储介质。
背景技术
在低压电驱动产品中，48V的电机控制器无法使用高压产品中的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)作为功率器件，转而使用金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)，以同步达到良好的降本效果。不同于高压电机控制器使用陶瓷覆铜板(Direct Bonding Copper，DBC)作为功率基板，48V电机控制器一般选择厚铜印刷电路板(Printed Circuit Board，PCB)作为功率基板，在该功率基板上表粘贴功率器件MOSFET。相比于传统的功率器件DBC封装工艺，厚铜PCB在散热路径上的热阻一般为DBC方案的几倍，导致厚铜PCB上表贴的功率器件MOSFET的结温很高，存在较大的热风险。因此在电机控制器运行过程中需实时监测功率器件MOSFET的结温来做过温保护，防止功率器件MOSFET过温失效。
目前，常用的过温保护方案是采集功率器件MOSFET周边的负温度系数热敏电阻器(Negative Temperature Coefficient，NTC)或正温度系数热敏电阻器(PositiveTemperature Coefficient，PTC)等温度传感器的温度来做过温保护。但这些温度传感器的温度仅能测量到功率器件MOSFET底部的外壳温度(简称壳温)，无法测量功率器件MOSFET的结温，进而无法很好地、准确地对功率器件MOSFET进行过温保护。
因此，亟需提出一种功率器件MOSFET的结温估算方案，以准确估算出功率器件MOSFET的结温，进而准确地实现功率器件MOSFET的过温保护。
发明内容
本申请实施例提供了一种功率器件的结温估算方法、功率器件及计算机可读存储介质，能准确估算功率器件MOSFET的结温，进而依据该结温对功率器件MOSFET进行过温保护。
第一方面，提供了一种功率器件的结温估算方法，该方法包括：
获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，所述开关损耗为所述第一功率器件在通断时产生的功率损耗，所述导通损耗为所述第一功率器件在导通时产生的功率损耗；
对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗；
根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升；
确定所述第一功率器件相邻的温度传感器，根据所述温度传感器计算冷却水的水温，所述冷却水用于冷却所述第一功率器件；
对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温。
可选的，所述获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗包括：
根据所述第一功率器件的电学参数，从开关损耗表中查询与所述电学参数匹配的开关损耗，所述开关损耗表中记录有不同电学参数与不同开关损耗之间的映射关系；
根据所述第一功率器件的导通电阻、导通电流及导通时间，计算所述第一功率器件的导通损耗。
其中，所述电学参数包括电压参数、电流参数及温度参数。
可选的，所述对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗包括：
在预设时长内对所述开关损耗和所述导通损耗进行积分计算，得到所述第一功率器件的总损耗；
将所述第一功率器件的总损耗除以所述预设时长，得到所述第一功率器件的平均损耗。
可选的，所述根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升包括：
根据所述第一功率器件的平均损耗和第一热阻，计算所述第一功率器件的自温升；
确定与所述第一功率器件存在热传导的第二功率器件，并获取所述第二功率器件的平均损耗；
根据所述第二功率器件的平均损耗和第二热阻，计算所述第二功率器件的自温升；
将所述第一功率器件的自温升和所述第二功率器件的自温升进行叠加，得到所述第一功率器件的总温升；
其中，所述第一热阻为所述第一功率器件的自热阻，所述第二热阻为所述第二功率器件与所述第一功率器件之间的热阻热容RC网络模型的热阻。
可选的，所述第二热阻为预先对所述第一功率器件或所述第二功率器件上的第一预设功率和第一预设温升进行参数拟合求得的。
可选的，所述根据所述温度传感器计算冷却水的水温包括：
获取所述温度传感器的采样温度；
确定与所述温度传感器存在热传导的第三功率器件，并获取所述第三功率器件的平均损耗；
根据所述第三功率器件的平均损耗和第三热阻，计算所述温度传感器的温升；
根据所述温度传感器的采样温度和所述温度传感器的温升，计算所述冷却水的水温；
其中，所述第三热阻为所述第三功率器件与所述温度传感器之间的RC网络模型的热阻。
可选的，所述第三热阻为预先对所述第三功率器件上的第二预设功率和第二预设温升进行参数拟合求得的。
可选的，所述根据所述温度传感器的采集温度和所述温度传感器的温升，计算所述冷却水的水温包括：
将所述温度传感器的采集温度和所述温度传感器的温升进行相减，得到所述冷却水的水温。
可选的，所述对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温包括：
将所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行叠加，得到所述第一功率器件的结温。
第二方面，提供了一种功率器件的结温估算装置，该装置可用于可执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。该功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。该硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的单元。该单元可以是软件和/或硬件。
第三方面，提供了一种第一功率器件，包括处理器以及和所述处理器相连的存储器；其中，所述存储器包括计算机可读指令；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机可读指令，使得所述第一功率器件执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。
第四方面，提供了一种电机控制器，包括处理器以及和所述处理器相连的存储器；其中，所述存储器包括计算机可读指令；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机可读指令，使得所述电机控制器执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。
第五方面，提供了一种计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。
第六方面，提供了一种芯片产品，执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。
第七方面，提了供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述第一方面或第一方面的任意一种可选的实施方式中的方法。
通过实施本申请，获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算得到所述第一功率器件的平均损耗，根据所述第一功率器件的平均损耗计算所述第一功率器件的总温升，确定所述第一功率器件相邻的温度传感器并根据所述温度传感器计算冷却水的水温，对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算得到所述第一功率器件的结温。这样能准确地估算功率器件的结温，进而对功率器件进行很好地、准确地过温保护，防止功率器件过温失效。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种功率基板上功率器件的部署示意图。
图2是本申请实施例提供的一种电机控制器的结构示意图。
图3是本申请实施例提供的电机控制器中结温计算模块的内部结构示意图。
图4是本申请实施例提供的一种功率器件的结温估算方法的流程示意图。
图5是本申请实施例提供的一种功率器件的温度对比示意图。
图6是本申请实施例提供的一种功率器件的结温估算装置的结构示意图。
图7是本申请实施例提供的第一功率器件的结构示意图。
图8是本申请实施例提供的另一种电机控制器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本申请具体实施例作进一步的详细描述。
如图1示出一种可能的功率基板的部署示意图。48V电机控制器采用如图1所示的功率基板，在该功率基板上呈“U”型部署有12个功率器件MOSFET，分别为图示的ZH、ZL、YH、YL、XH、XL、WH、WL、VL、VH、UL和UH。每个功率器件的外围还可部署有一个或多个温度传感器，例如图示在UH和UL之间部署有一个温度传感器。
为防止功率基板上的器件出现过温失效，通常会通入冷却水来对功率基板进行降温操作。具体的，冷却水由图示的左上侧流入功率基板下方的水道，依次流经ZH→ZL→YH→YL→XH→XL→WH→WL→VL→VH→UL→UH这12个MOSFET，最后经右上角的水道出口流出。在实践中发现，冷却水在环流过程中会被MOSFET不断加热，其中上述功率器件中的UL和UH将为温度最高的两个功率器件。由于UH和UL旁边的温度传感器，受UH和UL的热传导作用(即加热作用)而不断被加热，能够部分反映功率器件UH、UL的温度。但考虑到功率基板的布板需求，温度传感器不可能无限接近功率器件，且温度传感器自带热阻和热容，且温升过程相比于功率器件也有一定的差值，从稳态角度来看还存在温升滞后的问题。因此，如何通过温度传感器精准推导出功率器件UH/UL的结温，已成为48V电机控制器在软件开发过程中需要实现的一个重要功能。
为解决上述问题，本申请提出另一种功率器件的结温估算方法、功率器件、电机控制器及计算机可读存储介质。请参见图2，是本申请实施例提供的一种可能的电机控制器的结构示意图。如图2所示的电机控制器200包括结温计算模块201、扭矩限制模块202、电机控制模块203、调制输出模块204、驱动板205及电机206。其中，结温计算模块201用于实现功率器件的结温计算。扭矩限制模块202用于基于功率器件的结温实现功率限制，以达到功率器件过温保护的作用。具体的，当功率器件的结温较高(例如高于一定温度)时，通过扭矩限制模块202启动主动限扭降低电机控制器200的电流大小，从而降低功率器件的温度。电机控制模块203用于实现相应扭矩对应的电流计算，以控制电机控制器200的扭矩输出。调制输出模块204用于实现功率器件的占空比计算，例如计算图1中12个MOSFET的占空比。进一步可将计算出的占空比对应施加到驱动板205上的功率器件上进行电压放大，得到放大后的电压。最后将放大后的电压施加到电机206相线之上，控制电机控制器200的扭矩输出。
请一并参见图3，是本申请实施例提供的一种可能的结温计算模块201的结构示意图。如图3所示的结温计算模块201包括开关损耗计算单元301、导通损耗计算单元302、平均损耗计算单元303、温升计算单元304、水温计算单元305以及结温计算单元306。其中，
开关损耗计算单元301用于计算功率器件MOSFET的开关损耗。具体地，功率器件MOSFET作为开关元件，在开关动作中存在相应地电压变化以及电流变化。本申请可将基于实验测得的功率器件在开关动作中电压变化与电流变化的积分(即功率器件的开关损耗)，预先存储至开关损耗表中。该开关损耗表中记录有功率器件的不同电学参数与不同开关损耗之间的映射关系，该映射关系为电学参数与开关损耗一一对应，即一组电学参数对应一个开关损耗。进而可根据功率器件的电学参数从开关损耗表中查表获得与电学参数相匹配的该功率器件的开关损耗。其中，功率器件的电学参数是功率器件测量的主要参数，其包括但不限于功率器件的电流参数、电压参数以及温度参数等，例如功率器件的当前电流、当前电压以及当前温度等。
导通损耗计算单元302用于计算功率器件MOSFET的导通损耗。具体可基于功率器件MOSFET在导通时的导通电阻RdsOn、导通电流I以及导通时间t计算获得，例如将导通电阻RdsOn乘以导通电流的平方I2再乘以导通时间t得到功率器件的导通损耗。
平均损耗计算单元303用于根据上述功率器件MOSFET的开关损耗以及导通损耗计算功率器件MOSFET的平均损耗。具体地，可将功率器件的开关损耗以及导通损耗在预设时长(例如10毫秒ms)内进行积分计算，得到功率器件在预设时长内的总损耗。然后再用该总损耗除以预设时长，计算得到在该预设时长内功率器件的平均损耗。
温升计算单元304用于在得到功率器件的平均损耗后，计算功率器件的总温升。由于功率器件自身的加热作用以及功率器件之间的加热作用均会影响功率器件的温度，因此需综合考虑上述各因素来计算功率器件的总温升，关于如何计算功率器件的总温升具体将在下文进行详述。
水温计算单元305用于计算冷却水的水温。在电机控制器200工作工程中，由于功率器件的加热作用冷却水也会被加热，而冷却水的水温也会影响功率基板上所有功率器件的结温计算，故而水温将作为所有功率器件结温的计算依据。关于如何计算冷却水的水温将在下文进行详述。
结温计算单元306用于根据功率器件的总温升与冷却水的水温，综合计算出功率器件的结温。基于此功率器件的结温可以在温结过高时，电机控制器200会启动扭矩限制策略，例如启动主动限扭降低电流输出，进而降低功率输出，从而达到保护功率器件的作用。
请参见图4，是本申请实施例提供的一种功率器件的结温估算方法的流程示意图。如图4所示的方法包括如下实施步骤：
S401、获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，所述开关损耗为所述第一功率器件在通断时产生的功率损耗，所述导通损耗为所述第一功率器件在导通时产生的功率损耗。
本申请第一功率器件作为开关元件，在通断时产生的功率损耗可称为开关损耗，在导通时产生的功率损耗可称为导通损耗。其中，开关损耗具体可包括开通损耗和关断损耗。开通损耗是指功率器件从截止到导通时产生的功率损耗，关断损耗是指功率器件从导通到截止时产生的功率损耗。
具体地，本申请可根据第一功率器件的电学参数从开关损耗表中查询与该电学参数相匹配的开关损耗，即可获得第一功率器件的开关损耗。其中开关损耗表中记录有第一功率器件的不同电学参数与不同开关损耗之间的映射关系，该映射关系为一组电学参数对应一个开关损耗。这里的开关损耗是基于实验测得的第一功率器件在开关动作中电压变化与电流变化的积分。
进一步本申请可根据第一功率器件的导通电阻、导通电流以及导通时间，计算获得第一功率器件的导通损耗。具体可将第一功率器件的导通电阻乘以导通电流的平方再乘以导通时间，所得的乘积结果即为第一功率器件的导通损耗。
S402、对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗。
在实际应用中，流经第一功率器件的电压及电流均会随时间变化而变化，故而本申请会计算一段预设时长内第一功率器件的平均损耗。具体可在预设时长内将第一功率器件的开关损耗和导通损耗进行积分，所得结果即为预设时长内第一功率器件的总损耗；然后再用该总损耗除以预设时长得到第一功率器件的平均损耗。
S403、根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升ΔTMosfet。
作为一种可能的实施方式，本申请可根据第一功率器件的平均损耗和第一热阻计算出第一功率器件的自温升，这里的第一热阻是指第一功率器件的自热阻。由于功率器件自身的热传导作用以及功率器件之间的热传导作用均会影响功率器件的温升，因此本申请还需确定与第一功率器件存在热传导的第二功率器件，该第二功率器件的数量并不做限定，其可为一个或多个。然后根据上述步骤S401及S402的原理可计算获取第二功率器件的平均损耗，再利用第二功率器件的平均损耗和第二热阻计算出第二功率器件的自温升，其中第二热阻是指第二功率器件对第一功率器件的互热阻，具体可指第一功率器件与第二功率器件之间的热阻热容RC网络模型(也可称为Foster网络模型)的热阻。最后将第一功率器件的自温升和第二功率器件的自温升进行叠加求和，得到第一功率器件的总温升ΔTMosfet。
其中，温升计算公式具体如下公式(1)所示：
ΔT＝P×R 公式(1)
ΔT为温升，P为功率器件的平均损耗，R为热阻。在计算功率器件的自温升时，R具体为该功率器件的自热阻；在考虑功率器件之间的热传导作用计算温升时，R具体为功率器件之间的互热阻。
在实际应用中，考虑到功率器件加热过程中存在热容C，功率器件的温升曲线存在一定的斜率和滞后，因此可通过参数拟合的方式求导出功率器件之间的RC网络模型的热阻R(t)，具体可根据功率器件的温升曲线以及一阶/二阶RC滤波器(即与RC网络模型对应的RC滤波器)推导出RC网络模型的热阻R(t)。具体地，本申请可预先在功率器件上施加一预设功率并测量出此时功率器件的温升，然后利用该预设功率以及功率器件的温升拟合出R(t)。
换言之，上述第二热阻可以是预先对施加到第一功率器件或第二功率器件上的第一预设功率及测量出的第一预设温升进行参数拟合求得的热阻R(t)。
为方便理解下面以图1所示的第一功率器件UL为例，如图所示与第一功率器件UL存在热传导作用的第二功率器件有UH和VH，因此需考虑UL自身的热传导作用、及UH和VH对UL的热传导作用各自所产生的温升，将这三种温升进行叠加求和即可获得UL的总温升。具体地，本申请可采用如下公式(2)分别计算出UL的自温升ΔT1、UH对UL的热传导作用所产生的温升ΔT2及VH对UL的热传导作用所产生的温升ΔT3。这里的ΔT2和ΔT3也即为上文所指第二功率器件的自温升。
其中，PUL为UL的平均损耗。RUL为UL的自热阻。PUH为UH的平均损耗。RUH-UL为UH对UL的互热阻。PVH为VH的平均损耗。RVH-UL为VH对UL的互热阻。
相应地采用如下公式(3)计算得到UL的总温升ΔTUL：
ΔTUL＝ΔT1+ΔT2+ΔT3公式(3)
S404、确定所述第一功率器件相邻的温度传感器，根据所述温度传感器计算冷却水的水温Tcoolant，所述冷却水用于冷却所述第一功率器件。
电机控制器在工作工程中，冷却水也会因为功率器件的热传导作用而被加热产生水温，而冷却水的水温也会影响功率器件的结温计算。本申请需通过功率器件旁边部署的温度传感器形成水温的闭环计算。具体实现中，本申请需确定部署在第一功率器件外围的温度传感器，即与第一功率器件相邻的温度传感器，该温度传感器的数量不做限定。然后根据温度传感器计算出冷却水的水温。
作为一种可能的实施方式，本申请需确定出与温度传感器存在热传导的第三功率器件，该第三功率器件可指与温度传感器存在热传导的第一功率器件，也可指与温度传感器存在热传导的其他功率器件，下面将举例说明。然后根据上述步骤S401及S402的原理计算获取第三功率器件的平均损耗，再根据第三功率器件的平均损耗和第三热阻计算出温度传感器的温升，该第三热阻是指第三功率器件对温度传感器的互热阻，具体可指第三功率器件与温度传感器之间的RC网络模型的热阻。在实际应用中，第三热阻可以是预先对施加到第三功率器件上的第二预设功率及测量出的第二预设温升进行参数拟合求得的热阻R(t)，具体可参见前文所述这里不再赘述。
进一步本申请可获取温度传感器实时的采样温度，然后根据温度传感器的采样温度与温度传感器的温升计算出冷却水的水温。例如本申请可采用如下公式(4)将温度传感器的采样温度与温度传感器的温升进行相减计算获得冷却水的水温：
Tcoolant＝Tsensor-ΔTsensor 公式(4)
其中，Tcoolant为冷却水的水温。Tsensor为温度传感器的采样温度。ΔTsensor为温度传感器的温升。
举例来说，引用上述S403的例子，如图1UL的旁边部署有一个温度传感器，与该温度传感器存在热传导的第三功率器件有UL和UH。本申请可采用如下公式(5)计算获得UL对温度传感器的热传导作用所产生的温升ΔTS1、UH对温度传感器的热传导作用所产生的温升ΔTS2以及温度传感器的温升ΔTSensor。
其中，PUL为UL的平均损耗。RUL-Sensor为UL对温度传感器的互热阻。PUH为UH的平均损耗。RUH-Sensor为UH对温度传感器的互热阻。
S405、对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温。
本申请可将第一功率器件的总温升ΔTMosfet与冷却水的水温Tcoolant进行叠加求和，计算得到第一功率器件的结温TMosfet，具体可如下公式(6)所示：
TMosfet＝Tcoolant+ΔTMosfet 公式(6)
可选地，本申请还可根据此TMosfet对第一功率器件进行过温保护，具体地如果TMosfet过高时，例如超过一定阈值，则启动扭矩限制策略降低电机控制器的电流输出，进而降低功率输出，达到保护第一功率器件的作用。
需要说明的是，请参见图5示出了采用本申请方案估算的功率器件的结温与采用热成像仪采集的功率器件的实际温度之间的对比示意图。如图5中，曲线1表示采用本申请方法估算出的功率器件的结温。曲线2表示采用热成像仪采集的功率器件的温度。本例电机控制器所基于的实验工况为：25℃的冷却水下，电机转速为1500转每秒，电机扭矩输出从10牛米(Nm)依次阶跃至50Nm，由图可知在此工况下采用本申请方案估算的功率器件的结温与热成像仪采集的功率器件的温度保持在正偏置5℃之内，且曲线跟随性比较好。此外本申请为实现结温估算的即时保护，均采用正偏置，即本申请方案估算的温度略高于热成像仪采集的温度。
通过实施本申请，相比于现有技术而言，能够更精准/准确地估算出功率器件的结温，且估算时间较短，响应时间较快。相比于在功率器件周边部署温度传感器而言，还能降低温度传感器的部署成本，易于功率基板的布局，实现降本增效的作用。
请参见图6，是本申请实施例提供的一种功率器件的结温估算装置的结构示意图。如图6所示的装置600包括开关损耗计算单元601、导通损耗计算单元602、平均损耗计算单元603、温升计算单元604、水温计算单元605以及结温计算单元606。其中：
所述开关损耗计算单元601，用于获取第一功率器件的开关损耗，所述开关损耗为所述第一功率器件在通断时产生的功率损耗；
所述导通损耗计算单元602，用于获取所述第一功率器件的导通损耗，所述导通损耗为所述第一功率器件在导通时产生的功率损耗；
所述平均损耗计算单元603，用于对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗；
所述温升计算单元604，用于根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升；
所述水温计算单元605，用于确定所述第一功率器件相邻的温度传感器，根据所述温度传感器计算冷却水的水温，所述冷却水用于冷却所述第一功率器件；
所述结温计算单元606，用于对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温。
可选的，所述开关损耗计算单元601具体用于根据所述第一功率器件的电学参数，从开关损耗表中查询与所述电学参数匹配的开关损耗，所述开关损耗表中记录有不同电学参数与不同开关损耗之间的映射关系；其中，所述电学参数包括电压参数、电流参数及温度参数。
可选的，所述导通损耗单元602具体用于根据所述第一功率器件的导通电阻、导通电流及导通时间，计算所述第一功率器件的导通损耗。
可选的，所述平均损耗计算单元603具体用于：
在预设时长内对所述开关损耗和所述导通损耗进行积分计算，得到所述第一功率器件的总损耗；
将所述第一功率器件的总损耗除以所述预设时长，得到所述第一功率器件的平均损耗。
可选的，所述温升计算单元604具体用于：
根据所述第一功率器件的平均损耗和第一热阻，计算所述第一功率器件的自温升；
确定与所述第一功率器件存在热传导的第二功率器件，并获取所述第二功率器件的平均损耗；
根据所述第二功率器件的平均损耗和第二热阻，计算所述第二功率器件的自温升；
将所述第一功率器件的自温升和所述第二功率器件的自温升进行叠加，得到所述第一功率器件的总温升；
其中，所述第一热阻为所述第一功率器件的自热阻，所述第二热阻为所述第二功率器件与所述第一功率器件之间的热阻热容RC网络模型的热阻。
可选的，所述第二热阻为预先对所述第一功率器件或所述第二功率器件上的第一预设功率和第一预设温升进行参数拟合求得的。
可选的，所述水温计算单元605具体用于：
获取所述温度传感器的采样温度；
确定与所述温度传感器存在热传导的第三功率器件，并获取所述第三功率器件的平均损耗；
根据所述第三功率器件的平均损耗和第三热阻，计算所述温度传感器的温升；
根据所述温度传感器的采样温度和所述温度传感器的温升，计算所述冷却水的水温；
其中，所述第三热阻为所述第三功率器件与所述温度传感器之间的RC网络模型的热阻。
可选的，所述第三热阻为预先对所述第三功率器件上的第二预设功率和第二预设温升进行参数拟合求得的。
可选的，所述温升计算单元605具体用于将所述温度传感器的采集温度和所述温度传感器的温升进行相减，得到所述冷却水的水温。
可选的，所述结温计算单元606具体用于将所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行叠加，得到所述第一功率器件的结温。
通过实施本申请，获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算得到所述第一功率器件的平均损耗，根据所述第一功率器件的平均损耗计算所述第一功率器件的总温升，确定所述第一功率器件相邻的温度传感器并根据所述温度传感器计算冷却水的水温，对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算得到所述第一功率器件的结温。能准确、快速地估算出功率器件的结温，进而对功率器件进行很好地、准确地过温保护，防止功率器件过温失效。
请参见图7，是本申请实施例提供的一种第一功率器件的结构示意图。如图7所示的第一功率器件700包括至少一个输入设备701；至少一个输出设备702；至少一个处理器703，例如CPU；和存储器704，上述输入设备701、输出设备702、处理器703和存储器704通过总线705连接。
其中，上述输入设备701具体可为移动终端的触控面板，包括触摸屏和触控屏，用于检测终端触控面板上的操作指令。
上述输出设备702具体可为移动终端的显示屏，用于输出、显示信息。
上述存储器704可以是高速RAM存储器，也可为非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。上述存储器704用于存储一组程序代码，上述输入设备601、输出设备702和处理器703用于调用存储器704中存储的程序代码执行相应操作，以实现上述图4所示的功率器件的结温估算方法。
请参见图8，是本申请实施例提供的一种电机控制器的结构示意图。如图8所示的电机控制器800包括至少一个输入设备801；至少一个输出设备802；至少一个处理器803，例如CPU；和存储器804，上述输入设备801、输出设备802、处理器803和存储器804通过总线805连接。
其中，上述输入设备801具体可为移动终端的触控面板，包括触摸屏和触控屏，用于检测终端触控面板上的操作指令。
上述输出设备802具体可为移动终端的显示屏，用于输出、显示信息。
上述存储器804可以是高速RAM存储器，也可为非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如磁盘存储器。上述存储器804用于存储一组程序代码，上述输入设备801、输出设备802和处理器803用于调用存储器804中存储的程序代码执行相应操作，以实现上述图4所示的功率器件的结温估算方法。
需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。
本发明实施例中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种功率器件的结温估算方法，其特征在于，包括：
获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗，所述开关损耗为所述第一功率器件在通断时产生的功率损耗，所述导通损耗为所述第一功率器件在导通时产生的功率损耗；
对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗；
根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升；
确定所述第一功率器件相邻的温度传感器，根据所述温度传感器计算冷却水的水温，所述冷却水用于冷却所述第一功率器件；
对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温。
2.根据权利要求1所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述获取第一功率器件的开关损耗和导通损耗包括：
根据所述第一功率器件的电学参数，从开关损耗表中查询与所述电学参数匹配的开关损耗，所述开关损耗表中记录有不同电学参数与不同开关损耗之间的映射关系；
根据所述第一功率器件的导通电阻、导通电流及导通时间，计算所述第一功率器件的导通损耗。
其中，所述电学参数包括电压参数、电流参数及温度参数。
3.根据权利要求1所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述对所述开关损耗和所述导通损耗进行损耗计算，得到所述第一功率器件的平均损耗包括：
在预设时长内对所述开关损耗和所述导通损耗进行积分计算，得到所述第一功率器件的总损耗；
将所述第一功率器件的总损耗除以所述预设时长，得到所述第一功率器件的平均损耗。
4.根据权利要求1所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述根据所述第一功率器件的平均损耗，计算所述第一功率器件的总温升包括：
根据所述第一功率器件的平均损耗和第一热阻，计算所述第一功率器件的自温升；
确定与所述第一功率器件存在热传导的第二功率器件，并获取所述第二功率器件的平均损耗；
根据所述第二功率器件的平均损耗和第二热阻，计算所述第二功率器件的自温升；
将所述第一功率器件的自温升和所述第二功率器件的自温升进行叠加，得到所述第一功率器件的总温升；
其中，所述第一热阻为所述第一功率器件的自热阻，所述第二热阻为所述第二功率器件与所述第一功率器件之间的热阻热容RC网络模型的热阻。
5.根据权利要求4所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述第二热阻为预先对所述第一功率器件或所述第二功率器件上的第一预设功率和第一预设温升进行参数拟合求得的。
6.根据权利要求1所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述根据所述温度传感器计算冷却水的水温包括：
获取所述温度传感器的采样温度；
确定与所述温度传感器存在热传导的第三功率器件，并获取所述第三功率器件的平均损耗；
根据所述第三功率器件的平均损耗和第三热阻，计算所述温度传感器的温升；
根据所述温度传感器的采样温度和所述温度传感器的温升，计算所述冷却水的水温；
其中，所述第三热阻为所述第三功率器件与所述温度传感器之间的RC网络模型的热阻。
7.根据权利要求6所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述第三热阻为预先对所述第三功率器件上的第二预设功率和第二预设温升进行参数拟合求得的。
8.根据权利要求6所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述根据所述温度传感器的采集温度和所述温度传感器的温升，计算所述冷却水的水温包括：
将所述温度传感器的采集温度和所述温度传感器的温升进行相减，得到所述冷却水的水温。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的功率器件的结温估算方法，其特征在于，所述对所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行结温估算，得到所述第一功率器件的结温包括：
将所述第一功率器件的总温升和所述冷却水的水温进行叠加，得到所述第一功率器件的结温。
10.一种第一功率器件，其特征在于，包括处理器以及和所述处理器相连的存储器；其中，所述存储器包括计算机可读指令；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机可读指令，使得所述第一功率器件执行如上权利要求1-9中任一项所述的功率器件的结温估算方法。
11.一种电机控制器，其特征在于，包括处理器以及和所述处理器相连的存储器；其中，所述存储器包括计算机可读指令；所述处理器用于执行所述存储器中的计算机可读指令，使得所述电机控制器执行如上权利要求1-9中任一项所述的功率器件的结温估算方法。
12.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行如上权利要求1-9中任一项所述的功率器件的结温估算方法。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114019366A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 苏州迪芬德物联网科技有限公司 | 电器元件触点损耗评估方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140225659A1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-14 | Rolls-Royce Plc | Thermal controller |
| US20160370233A1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | Hyundai Motor Company | Method of estimating converter junction temperature for vehicle |
| CN109581178A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-05 | 武汉合康电驱动技术有限公司 | 确定电压型逆变器igbt模块结温的方法及设备 |
| CN110133465A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 上海金脉电子科技有限公司 | Igbt模块结温的计算方法及系统 |
| CN110502720A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-26 | 阳光电源股份有限公司 | 功率半导体模块的损耗在线计算方法及其应用方法和装置 |
| US20190377023A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-12-12 | Nanjing Estun Automation Co., Ltd | Real-time online prediction method for dynamic junction temperature of semiconductor power device |
| CN111024260A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置 |
| CN111339623A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-26 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
-
2020
- 2020-12-31 CN CN202011641199.8A patent/CN112765786B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20140225659A1 (en) * | 2013-02-12 | 2014-08-14 | Rolls-Royce Plc | Thermal controller |
| US20160370233A1 (en) * | 2015-06-16 | 2016-12-22 | Hyundai Motor Company | Method of estimating converter junction temperature for vehicle |
| US20190377023A1 (en) * | 2017-12-06 | 2019-12-12 | Nanjing Estun Automation Co., Ltd | Real-time online prediction method for dynamic junction temperature of semiconductor power device |
| CN111024260A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 上海汽车集团股份有限公司 | 一种功率半导体器件热点温度估计方法和装置 |
| CN111339623A (zh) * | 2018-11-30 | 2020-06-26 | 中车时代电动汽车股份有限公司 | 一种功率模块温度估算方法 |
| CN109581178A (zh) * | 2018-12-21 | 2019-04-05 | 武汉合康电驱动技术有限公司 | 确定电压型逆变器igbt模块结温的方法及设备 |
| CN110133465A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 上海金脉电子科技有限公司 | Igbt模块结温的计算方法及系统 |
| CN110502720A (zh) * | 2019-08-26 | 2019-11-26 | 阳光电源股份有限公司 | 功率半导体模块的损耗在线计算方法及其应用方法和装置 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 丁杰;张平;: "高功率密度电机控制器的IGBT模块损耗及结温计算", 电源学报, no. 01 * |
| 景巍;谭国俊;叶宗彬;: "大功率三电平变频器损耗计算及散热分析", 电工技术学报, no. 02 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114019366A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-02-08 | 苏州迪芬德物联网科技有限公司 | 电器元件触点损耗评估方法 |
| CN114019366B (zh) * | 2021-11-05 | 2024-01-16 | 苏州迪芬德物联网科技有限公司 | 电器元件触点损耗评估方法 |
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| Publication number | Publication date |
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