CN115561609A - 一种应用于SiC功率器件的温度采样方法、装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种应用于SiC功率器件的温度采样方法、装置及系统，所述温度采样方法包括如下步骤：通过电流采样单元获取SiCMOSFET电流值；通过电压隔离采样单元获取SiC MOSFET VDS值；采集到所述SiC MOSFET VDS值和电流值，计算出SiC MOSFET相应的Rdson值；将所述Rdson值与预设的温度Rdson表进行查找对比，得到该时刻的SiC功率器件的结温的温度值。所述温度采样装置包括：电流采样单元、电压隔离采样单元以及Rdson值计算模块。所述温度采样系统包括：多个温度采样装置和微处理器。本发明提高了温度采样精度，精确地反映SiC功率器件内部的实时温度。

Description

一种应用于SiC功率器件的温度采样方法、装置及系统

技术领域

本发明涉及温度采样领域，特别涉及一种应用于SiC功率器件的温度采样方法、装置及系统。

背景技术

现有技术中功率器件包括单管封装功率器件和模块功率器件，不同的功率器件温度检测的方式各不相同。

对单管封装功率器件：

一般中小功率的电机驱动器，或者光伏逆变器的功率器件都采用单管封装，而单管封装一般都不会内置NTC采样电阻进行温度采样，传统的温度采样方法分为螺丝固定NTC采样和PCB板贴片NTC采样。其中螺丝固定NTC采样是利用螺丝在散热器上固定NTC电阻进行采样，但是螺丝固定NTC电阻采样精度与装配的牢固程度以及位置的偏移程度都有很大关系，所以传统的采样方法精度不高。PCB板贴片NTC采样，由于在PCB板上贴片NTC采样电阻，离散热器太远，采集到的温度与功率器件实际温度相差很大，如果周边温度变化会导致采样精度发生很大变化。为了防止器件过温损坏，通常都是将温度设置在一个很低的值，这样就使得不能完全发挥出器件的能力。

对于模块功率器件：

现有技术中1200V等级模块包括IGBT模块，IGBT的特性一般以集电极-发射极饱和电压来描述IGBT模块导电能力，采用集电极-发射极饱和电压作为计算热阻的测量方法，传统热阻测量方法中如果对热阻测量数据数量不足，数据采用的线性拟合方法就会有较大误差，影响拟合精度。如图1所示IGBT获取的电流值与集电极-发射极饱和电压值的曲线图可以看出由于采样次数较少，数据的线性拟合有较大误差，影响拟合精度。

并且IGBT模块只能通过内置NTC进行温度采样，NTC随温度变化阻值变化较为迟钝，温度采样会有延迟，导致温度采样保护不及时，并且NTC与晶圆之间的距离会影响温度采样精度，会造成测量误差。

发明内容

本发明针对现有技术中温度采样精度不高，不能很精确地反映SiC功率器件内部的实时温度等缺点，提供了一种应用于SiC功率器件的温度采样方法及装置。

本发明的技术方案如下：

一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，包括如下步骤：

通过电流采样单元获取SiC MOSFET电流值；

通过电压隔离采样单元获取SiC MOSFET VDS值；

采集到所述SiC MOSFET VDS值和电流值，计算出SiC MOSFET相应的Rdson值；

将所述Rdson值与预设的温度Rdson表进行查找对比，得到该时刻的SiC功率器件的结温的温度值。

可选的，所述电流采样单元为霍尔电流传感器或电阻或互感器，通过霍尔电流传感器或电阻或互感器获取SiC MOSFET电流值。

可选的，所述电压隔离采样单元包括：MOSFET驱动芯片、LDO、SiC MOSFET、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻；所述MOSFET驱动芯片第一输出端连接LDO第一端、SiC MOSFET源极以及第一电阻第一端；MOSFET驱动芯片第二输出端连接LDO第二端以及SiC MOSFET栅极；SiC MOSFET漏极连接第二电阻第一端；第一电阻第二端连接LDO第三端，并且一起连接第一电容第一端、第二电容第一端、第三电容第一端、隔离电压采样芯片的AGND端以及隔离电压采样芯片的INN端；第二电阻第二端连接第一电容第二端以及隔离电压采样芯片的INP端；LDO第四端连接第二电容第二端、第三电容第二端以及隔离电压采样芯片的AVDD端；隔离电压采样芯片的DVDD端连接第四电容第二端、第五电容第二端以及VDD电源；隔离电压采样芯片的DGND端连接第四电容第一端、第五电容第一端以及地端；隔离电压采样芯片的CLKIN端用于连接微处理器的CLK模块；隔离电压采样芯片的DOUT端用于连接微处理器的数字滤波模块。

可选的，所述VDS值在SiC MOSFET正向导通时采样。

可选的，在所述VDS值不变的情况下，进行多次电流值采样，通过线性拟合得到不同温度下不同的Rdson值，检验Rdson值与温度的一一对应关系。

本发明实施例还提供了一种应用于SiC功率器件的温度采样装置，包括：

电流采样单元，用于获取SiC MOSFET的电流值；

电压隔离采样单元，用于在SiC MOSFET正向导通时采样VDS值；

Rdson值计算模块，用于将获取的VDS值和电流值相除计算出Rdson值，计算出的Rdson值与温度Rdson表查找对比，得到该时刻的温度值。

可选的，所述电压隔离采样单元包括：MOSFET驱动芯片、LDO、SiC MOSFET、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻；所述MOSFET驱动芯片第一输出端连接LDO第一端、SiC MOSFET源极以及第一电阻第一端；MOSFET驱动芯片第二输出端连接LDO第二端以及SiC MOSFET栅极；SiC MOSFET漏极连接第二电阻第一端；第一电阻第二端连接LDO第三端，并且一起连接第一电容第一端、第二电容第一端、第三电容第一端、隔离电压采样芯片的AGND端以及隔离电压采样芯片的INN端；第二电阻第二端连接第一电容第二端以及隔离电压采样芯片的INP端；LDO第四端连接第二电容第二端、第三电容第二端以及隔离电压采样芯片的AVDD端；隔离电压采样芯片的DVDD端连接第四电容第二端、第五电容第二端以及VDD电源；隔离电压采样芯片的DGND端连接第四电容第一端、第五电容第一端以及地端；隔离电压采样芯片的CLKIN端用于连接微处理器的CLK模块；隔离电压采样芯片的DOUT端用于连接微处理器的数字滤波模块。

可选的，所述微处理器为DSP。

本发明实施例提供了一种应用于SiC功率器件的温度采样系统，包括多个温度采样装置和微处理器，所述温度采样装置包括：电压隔离采样单元、SiC MOSFET、电流采样单元、电源VBUS、微处理器；所述电压隔离采样单元第一端连接SiC MOSFET源极并且连接电源VBUS第一端，电压隔离采样单元第二端连接SiC MOSFET漏极并且连接电流采样单元第一端以及电源VBUS第二端，多个电流采样单元第二端连接负载和微处理器，多个电压隔离采样单元第三端连接微处理器。

可选的，所述负载为电机。

本发明由于采用以上实施方式，具有显著的技术效果：

本发明对SiC功率器件进行温度采样，利用电压隔离采样单元采样到的VDS值除以电流采样单元采样得到的电流值，会得到SiC功率器件的Rdson值，利用Rdson与结温一一对应关系，进而对Rdson值查表获得相应的结温，这样就能够精准且迅速采样到SiC功率器件的结温，对SiC功率器件的温度进行实时采样，同时安装多个温度采样装置，就可以同时采集到多个MOSFET的结温。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的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。

图1是IGBT电流与IGBT集电极-发射极饱和电压的曲线示意图；

图2是SiC功率模块电流与Rdson的曲线示意图；

图3是SiC MOSFET的Rdson与温度的曲线示意图；

图4是本发明实施例的应用于SiC功率器件的温度采样系统的电路示意图；

图5是本发明实施例的应用于SiC功率器件的温度采样方法的步骤流程图；

图6是本发明实施例的电压隔离采样单元的电路示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

由于模块功率器件中IGBT的特性一般以集电极-发射极饱和电压来描述IGBT模块的导电能力，并且IGBT模块只能通过NTC进行温度采样然后反推出IGBT模块结温。从图1所示IGBT获取的电流值与集电极-发射极饱和电压值的曲线图可以看出由于采样次数较少，数据的线性拟合有较大误差，影响拟合精度。

本发明对SiC功率模块进行温度采样，SiC功率模块一般以Rdson来描述SiC功率模块导电能力，如图2和图3所示Rdson与温度有一一对应关系，只要能计算出Rdson的值就能知道此时功率模块准确的结温，并且这种温度采样方式不需要测量晶圆到散热器的热阻，最终的结温测量准确。

实施例：

请参考图4，本发明实施例首先提供了一种应用于SiC功率器件的温度采样系统，包括：多个温度采样装置和微处理器，所述温度采样装置包括：电压隔离采样单元、SiCMOSFET、电流采样单元、电源VBUS、微处理器；所述电压隔离采样单元第一端连接SiCMOSFET源极并且连接电源VBUS第一端，电压隔离采样单元第二端连接SiC MOSFET漏极并且连接电流采样单元第一端以及电源VBUS第二端，多个电流采样单元第二端连接负载和微处理器，多个电压隔离采样单元第三端连接微处理器。

在本实施例中，所述负载为电机，利用SiC MOSFET作为电机的驱动器开关器件，在其他实施例中，所述负载为光伏逆变器或开关电源等。

在图4所示中包括6个温度采样装置，每一个温度采样装置都包括电压隔离采样单元、SiC MOSFET以及电流采样单元。

在本实施例中，所述电流采样单元为霍尔电流传感器或电阻或互感器，通过霍尔电流传感器或电阻或互感器获取SiC MOSFET电流值。在其他实施例中，所述电流采样单元也可以为其他电流传感器。

在本实施例中，请参考图6，所述电压隔离采样单元包括：MOSFET驱动芯片、低压差线性稳压器(LDO)、SiC MOSFET、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻；所述MOSFET驱动芯片第一输出端连接LDO第一端、SiC MOSFET源极以及第一电阻第一端；MOSFET驱动芯片第二输出端连接LDO第二端以及SiC MOSFET栅极；SiCMOSFET漏极连接第二电阻第一端；第一电阻第二端连接LDO第三端，并且连接第一电容第一端、第二电容第一端、第三电容第一端、隔离电压采样芯片的AGND端以及隔离电压采样芯片的INN端；第二电阻第二端连接第一电容第二端以及隔离电压采样芯片的INP端；LDO第四端连接第二电容第二端、第三电容第二端以及隔离电压采样芯片的AVDD端；隔离电压采样芯片的DVDD端连接第四电容第二端、第五电容第二端以及VDD电源；隔离电压采样芯片的DGND端连接第四电容第一端、第五电容第一端以及地端；隔离电压采样芯片的CLKIN端用于连接微处理器的CLK模块；隔离电压采样芯片的DOUT端用于连接微处理器的数字滤波模块。

在本实施例中，所述微处理器为DSP。在其他实施例中，所述微处理器为ARM微处理器或其他适合的微处理器。

本发明实施例还提供了一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，请参考图5，包括如下步骤：

步骤S10，通过电流采样单元获取SiC MOSFET电流值；

步骤S20，通过电压隔离采样单元获取SiC MOSFET VDS值；

步骤S30，采集到所述SiC MOSFET VDS值和电流值，计算出SiC MOSFET相应的Rdson值；

步骤S40，将所述Rdson值与预设的温度Rdson表进行查找对比，得到该时刻的SiC功率器件的结温的温度值。

具体的，所述VDS值在SiC MOSFET正向导通时采样。

在所述VDS值不变的情况下，进行多次电流值采样，通过线性拟合得到不同温度下不同的Rdson值，检验Rdson值与温度的一一对应关系。

在本实施例中，所述电机的SiC MOSFET的温度采样流程是首先通过电流采样单元采样流经SiC MOSFET的电流，再通过电压隔离采样单元获得SiC MOSFET的电压，电压隔离采样单元和电流采样单元都连接DSP，DSP将SiC MOSFET正向导通时采样到的VDS值和利用霍尔电流传感器采样到的电流值进行运算，将VDS值除以电流值从而获得Rdson值，所述Rdson值与如图3所示温度曲线查表获得SiC MOSFET的结温。如图3所示在不同的温度下Rdson是不同的，而且图上可以看出当温度高于20度时，Rdson的值变化的较为剧烈一些，每一个温度点都会对应唯一一个Rdson值，这样就可以根据Rdson值推算出准确的结温。

本发明利用Rdson值与结温一一对应关系，对得到的Rdson值进行反推，就得到了对SiC功率器件的温度采样。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零部件的形状以及所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过电流采样单元获取SiC MOSFET电流值；

通过电压隔离采样单元获取SiC MOSFET VDS值；

采集到所述SiC MOSFET VDS值和电流值，计算出SiC MOSFET相应的Rdson值；

将所述Rdson值与预设的温度Rdson表进行查找对比，得到该时刻的SiC功率器件的结温的温度值。

2.根据权利要求1所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，其特征在于，所述电流采样单元为霍尔电流传感器或电阻或互感器，通过霍尔电流传感器或电阻或互感器获取SiC MOSFET电流值。

3.根据权利要求1所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，其特征在于，所述电压隔离采样单元包括：MOSFET驱动芯片、LDO、SiC MOSFET、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻；所述MOSFET驱动芯片第一输出端连接LDO第一端、SiC MOSFET源极以及第一电阻第一端；MOSFET驱动芯片第二输出端连接LDO第二端以及SiC MOSFET栅极；SiC MOSFET漏极连接第二电阻第一端；第一电阻第二端连接LDO第三端，并且一起连接第一电容第一端、第二电容第一端、第三电容第一端、隔离电压采样芯片的AGND端以及隔离电压采样芯片的INN端；第二电阻第二端连接第一电容第二端以及隔离电压采样芯片的INP端；LDO第四端连接第二电容第二端、第三电容第二端以及隔离电压采样芯片的AVDD端；隔离电压采样芯片的DVDD端连接第四电容第二端、第五电容第二端以及VDD电源；隔离电压采样芯片的DGND端连接第四电容第一端、第五电容第一端以及地端；隔离电压采样芯片的CLKIN端用于连接微处理器的CLK模块；隔离电压采样芯片的DOUT端用于连接微处理器的数字滤波模块。

4.根据权利要求3所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，其特征在于，所述VDS值在SiC MOSFET正向导通时采样。

5.根据权利要求3所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样方法，其特征在于，在所述VDS值不变的情况下，进行多次电流值采样，通过线性拟合得到不同温度下不同的Rdson值，检验Rdson值与温度的一一对应关系。

6.一种应用于SiC功率器件的温度采样装置，其特征在于，包括：电流采样单元，用于获取SiC MOSFET的电流值；

电压隔离采样单元，用于在SiC MOSFET正向导通时采样VDS值；

Rdson值计算模块，用于将获取的VDS值和电流值相除计算出Rdson值，计算出的Rdson值与温度Rdson表查找对比，得到该时刻的温度值。

7.根据权利要求6所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样装置，其特征在于，所述电压隔离采样单元包括：MOSFET驱动芯片、LDO、SiC MOSFET、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容、第一电阻以及第二电阻；所述MOSFET驱动芯片第一输出端连接LDO第一端、SiC MOSFET源极以及第一电阻第一端；MOSFET驱动芯片第二输出端连接LDO第二端以及SiC MOSFET栅极；SiC MOSFET漏极连接第二电阻第一端；第一电阻第二端连接LDO第三端，并且一起连接第一电容第一端、第二电容第一端、第三电容第一端、隔离电压采样芯片的AGND端以及隔离电压采样芯片的INN端；第二电阻第二端连接第一电容第二端以及隔离电压采样芯片的INP端；LDO第四端连接第二电容第二端、第三电容第二端以及隔离电压采样芯片的AVDD端；隔离电压采样芯片的DVDD端连接第四电容第二端、第五电容第二端以及VDD电源；隔离电压采样芯片的DGND端连接第四电容第一端、第五电容第一端以及地端；隔离电压采样芯片的CLKIN端用于连接微处理器的CLK模块；隔离电压采样芯片的DOUT端用于连接微处理器的数字滤波模块。

8.根据权利要求7所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样装置，其特征在于，所述微处理器为DSP。

9.一种应用于SiC功率器件的温度采样系统，其特征在于，包括多个温度采样装置和微处理器，所述温度采样装置包括：电压隔离采样单元、SiC MOSFET、电流采样单元、电源VBUS、微处理器；所述电压隔离采样单元第一端连接SiC MOSFET源极并且连接电源VBUS第一端，电压隔离采样单元第二端连接SiC MOSFET漏极并且连接电流采样单元第一端以及电源VBUS第二端，多个电流采样单元第二端连接负载和微处理器，多个电压隔离采样单元第三端连接微处理器。

10.根据权利要求9所述的一种应用于SiC功率器件的温度采样系统，其特征在于，所述负载为电机。

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