CN116754914A - 一种igbt器件结温的在线测量方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种IGBT器件结温的在线测量方法及系统，将IGBT器件的通态压降简化为P‑i‑N结压降、MOSFET沟道电阻压降与连接材料电阻压降之和，通过测量IGBT器件在不同集电极电流下的集电极‑发射极电压，对IGBT器件的通态斜率电阻进行在线估算，令IGBT器件的集电极‑发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，近似得到IGBT器件中“P‑i‑N结压降”，将其作为新的温敏电参数，由于P‑i‑N结压降具有单一的负温度系数，因此，规避了不同工况下IGBT器件内部连接材料的温度差异对温敏电参数的影响，从而提高对IGBT器件结温测量的准确度，且不存在盲区点，更适合在线估计结温。
Description
技术领域
本申请涉及半导体功率器件监测技术领域，尤其涉及一种IGBT器件结温的在线测量方法及系统。
背景技术
功率半导体器件通常工作于严苛的运行环境中，是变流系统中失效率最高的部件，根据电力电子系统可靠性调研报告，约55％的电力电子系统失效主要由温度因素引发，因此，对大容量功率半导体器件的结温进行精准的在线提取，是实现器件寿命预测和健康管理的基础，对提高电力电子系统的可靠性具有重要意义。
绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)为常用的一种功率半导体器件，由于IGBT器件的芯片封装在其内部，且IGBT器件内部的芯片为发热源，因此，IGBT器件结温的在线精确测量一直都是一大难题。现有对IGBT器件结温的测量方法通常为：预先测量离线的IGBT器件在不同温度下的通态压降(集电极-发射极电压)随电流(集电极电流)的变化曲线，建立IGBT器件的通态压降、电流和温度的三维校准关系，然后，实时测量IGBT在运行工况下的通态压降随电流的变化曲线，与IGBT器件的导通电压、电流和温度的三维校准关系作比较，从而得到IGBT器件的结温。
但利用现有对IGBT器件结温的测量方法所测得的IGBT器件的结温通常与其真实结温不符，测量准确度不高。
发明内容
为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种IGBT器件结温的在线测量方法及系统，以提高对IGBT器件结温测量的准确度。
为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
一种IGBT器件结温的在线测量方法，所述IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将所述IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，所述IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，该方法包括：
实时测量所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，所述IGBT器件的通态斜率电阻为所述IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为所述IGBT器件在转折点后所述连接材料的电阻与所述MOSFET器件的沟道电阻之和，所述转折点为预先获取的所述IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点；
将所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值；
基于所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到所述IGBT器件的结温。
可选的，基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
计算所述IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与所述IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
可选的，基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
对所述IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
可选的，预先获取所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系的过程包括：
将离线的所述IGBT器件置于不同温度的温度箱中，测量离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻；
将离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与对应温度下的通态斜率电阻的乘积，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下，所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流之间的对应关系，作为所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系。
可选的，预先获取所述转折点的过程包括：
基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线；
将离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线的交汇点作为所述转折点。
可选的，基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
计算离线的所述IGBT器件在不同温度下的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与离线的所述IGBT器件在对应温度下的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为离线的所述IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
可选的，基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
对离线的所述IGBT器件在不同温度下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为离线的所述IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
一种IGBT器件结温的在线测量系统，所述IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将所述IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，所述IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，所述测量系统包括：
测量模块，所述测量模块用于实时测量所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
计算模块，所述计算模块用于基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，所述IGBT器件的通态斜率电阻为所述IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为所述IGBT器件在转折点后所述连接材料的电阻与所述MOSFET器件的沟道电阻之和，所述转折点为预先获取的所述IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点；
转换模块，所述转换模块用于将所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值；
校准模块，所述校准模块用于基于所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到所述IGBT器件的结温。
可选的，所述计算模块包括：
第一计算单元，所述第一计算单元用于计算所述IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与所述IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
可选的，所述计算模块包括：
第二计算单元，所述第二计算单元用于对所述IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
本申请实施例所提供的IGBT器件结温的在线测量方法，考虑到IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，且IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，从而将IGBT器件的通态压降简化为P-i-N结压降、MOSFET沟道电阻压降和连接材料电阻压降之和，通过实时测量IGBT器件在不同集电极电流下的集电极-发射极电压，对IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻进行在线估算，令IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，即将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压中通态斜率电阻上的压降减掉，也就是将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压中MOSFET器件的沟道电阻和连接材料的电阻组成的整体电阻上的压降减掉，得到IGBT器件在运行工况下，其P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值，进而比对预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到IGBT器件的结温，即该方法是将IGBT器件中的“P-i-N结压降”作为新的温敏电参数，且P-i-N结压降具有单一的负温度系数，因此，规避了不同工况下IGBT器件内部连接材料上的温度差异对温敏电参数的影响，从而提高对IGBT器件结温测量的准确度，且不存在盲区点。
并且，由于IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻是根据在线测量的IGBT器件的集电极-发射极电压、集电极电流数据实时计算得到，因此，无论IGBT器件中IGBT芯片的结温与连接材料的温度是否相等，均不影响实时计算结果的准确性，故该方法还可回避离线校准过程和实际运行过程中IGBT器件内部连接材料温度差异对温敏电参数的影响，更适合用于在线估计结温。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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申请的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为IGBT器件的通态压降、电流和温度的一种三维校准关系示意图；
图2为一种IGBT芯片的剖面结构示意图；
图3为IGBT芯片在通态时的等效电路示意图；
图4为IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随其集电极电流的变化曲线示意图；
图5为IGBT器件在不同温度下，其P-i-N结上的压降随集电极电流的变化曲线示意图；
图6为本申请实施例所提供的一种IGBT器件结温的在线测量方法的流程示意图；
图7为本申请实施例所提供的一种IGBT器件结温的在线测量方法中，所测得的IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压随其集电极电流的变化曲线；
图8为本申请实施例所提供的一种IGBT器件结温的在线测量方法中，预先获取IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系的过程的流程示意图；
图9为本申请实施例所提供的一种IGBT器件结温的在线测量系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
正如背景技术部分所述，由于IGBT器件的芯片封装在其内部，且IGBT器件内部的芯片为发热源，因此，IGBT器件结温的在线精确测量一直都是一大难题。
在变流系统中，基于IGBT器件通态压降(集电极-发射极电压)的温敏电参数法是一种通过测量电气参数来获得结温的非侵入式的方法，该方法可进一步细分为基于小电流通态压降的温敏电参数法和基于大电流通态压降的温敏电参数法。其中，小电流通态压降法是在变流器处于非工作状态时，给IGBT器件注入小电流，测量其通态压降变化，该方法具有线性度好、检测精度高、不受芯片自热效应影响等优点，但是测试时需中断变流器正常运行，对变流系统控制影响大。大电流通态压降法则通过检测负载电流下IGBT器件通态压降的变化来对结温进行在线监测，无需改变已有控制策略，也无需中断变流器运行，可实时监测IGBT器件的健康状态，更具有工业应用价值。
现有的基于大电流通态压降的温敏电参数法的主要实施步骤为：
1、将离线的IGBT器件放置在不同温度的温度箱中，测量离线的IGBT器件在不同温度下的通态压降(集电极-发射极电压)随电流(集电极电流)的变化曲线，建立IGBT器件的通态压降(集电极-发射极电压)、电流(集电极电流)和温度的三维校准关系，图1示出了IGBT器件的通态压降VCE_on、电流IC和温度T的一种三维校准关系示意图；
2、实时测量IGBT在运行工况下的通态压降随电流的变化曲线；
3、将实时测量的IGBT在运行工况下的通态压降随电流的变化曲线，与之前建立的IGBT器件的导通电压、电流和温度的三维校准关系作比较，得到IGBT器件的结温。
发明人研究发现，上述测量方法的主要问题在于：在第1步离线校准过程中，是将待测IGBT器件放置在温度箱中足够长的时间，使得IGBT器件的结温和温度箱中的环境温度相当，从而可以将温度箱中的环境温度作为IGBT器件的结温。
然而，可以理解的是，IGBT芯片被封装为器件内部，即IGBT器件中除包括IGBT芯片外，还包括用于将IGBT芯片与外部电连接的连接材料，那么，在第1步离线校准过程中，IGBT器件内部芯片的结温以及连接材料的温度均被控制为温度箱设定的温度，即IGBT器件内部芯片的结温与连接材料的温度完全相等，这和IGBT器件在实际工况下的情况是不符的。在实际工况下，IGBT器件内部的芯片是主要热源，连接材料的温度低于芯片的结温，相应地，由于连接材料电阻具有正温度系数，即连接材料上温度越高，连接材料电阻上的压降越大，因此，当实际工况下IGBT芯片的结温和离线校准过程中温度箱的温度相等时，实际工况下的连接材料电阻小于离线校准过程中的连接材料电阻，这就导致在相同结温下，IGBT器件在实际工况下的通态压降低于在离线校准过程中的通态压降，进而导致所测得的IGBT器件在实际工况下的结温比真实结温偏低。
由此可见，利用现有对IGBT器件结温的测量方法所测得的IGBT器件的结温通常与其真实结温不符，测量准确度不高。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种IGBT器件结温的在线测量方法，由于IGBT芯片与外部电连接的连接材料在大电流下的压降是不容忽视的，因此，在对IGBT器件结温进行测量时，需要考虑IGBT芯片与外部电连接的连接材料上的压降。
图2示出了一种IGBT芯片的剖面结构示意图，如图2所示，该IGBT芯片包括依次排布的P+区10、N-漂移区20、P区30、N+区40，该IGBT芯片具有三个电极端子，分别为发射极E、栅极G和集电极C，其中，栅极G上的金属材料具有SiO2层50。需要说明的是，图2中并未画出将IGBT芯片与外部电连接的连接材料。
发明人研究发现，如图2所示的IGBT芯片的剖面结构示意图和图3所示的IGBT芯片在通态时的等效电路示意图，IGBT芯片在通态时可等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，那么，IGBT器件在通态时的总导通压降VCE_on(即通态压降)等于P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)、MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)上的压降RMOS(Tj)IC以及连接材料电阻Rcon(Tcon)上的压降Rcon(Tcon)IC之和，具体可以表示为：
其中，IGBT器件的通态压降VCE_on即为IGBT器件在通态时的集电极-发射极电压，IC为IGBT器件的集电极电流，Tj表示IGBT器件内部IGBT芯片的结温，Tcon表示IGBT器件内部连接材料上的温度。
结合前面所述，现有的基于大电流通态压降的温敏电参数法的问题在于，在离线校准过程中，将待测IGBT器件放置在温度箱中足够长时间后，IGBT器件内部各组成部分均被控制为温度箱设定的温度，即Tj＝Tcon；而在IGBT器件实际运行过程中，IGBT芯片是主要热源，此时Tj>Tcon，相应地，必然有Rcon(Tj)>Rcon(Tcon)，因此，离线校准过程和实际运行过程对应的IGBT器件不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随集电极电流IC变化的曲线簇必然存在差异，这将导致测量得到的结温Tj存在偏差。
发明人进一步研究发现，在小电流范围内，IGBT器件的通态压降VCE_on以P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)为主，而在大电流范围内，IGBT器件的通态压降VCE_on以MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降为主，即以电阻压降为主。
可以理解的是，P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)具有负温度系数，即在同一电流下，温度越高，P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)越低。而对于MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻来说，由于电阻具有正温度系数，因此，MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降也具有正温度系数，即在同一电流下，温度越高，MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降也越高。
为便于理解，图4示出了IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线示意图，如图4所示，在小电流范围内，IGBT器件的通态压降VCE_on以P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)为主，具有负温度温度，即在同一电流下，温度越高，IGBT器件的通态压降VCE_on越低，具体的，沿图4中朝下的虚线箭头方向，四条曲线对应的IGBT器件结温依次为65℃、85℃、105℃和125℃。
如图4所示，在大电流范围内，IGBT器件的通态压降VCE_on以MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降为主，具有正温度系数，即在同一电流下，温度越高，IGBT器件的通态压降VCE_on越高，具体的，沿图4中朝上的虚线箭头方向，四条曲线对应的IGBT器件结温依次为65℃、85℃、105℃和125℃。
如图4所示，IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线具有一交汇点C，称为转折点，该转折点C为IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on及集电极电流IC与温度无关的工作点，也就是说，在该转折点C之前，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)为主，具有负温度系数，而在该转折点C之后，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降为主，即以电阻压降为主，具有正温度系数，而在转折点C上，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以及集电极电流IC与温度无关，或者说，在转折点C上，IGBT器件在不同温度下的集电极电流IC对应的集电极-发射极电压VCE_on均相等，相当于MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降的正温度系数变化与P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)的负温度系数变化相抵消时IGBT器件的工作点。
由于在转折点C之后，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降为主，即以电阻压降为主，因此，如图4所示，在一定温度下，IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC几乎呈线性变化，从而，可以根据测得的IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线，得到IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，称为IGBT器件的通态斜率电阻Ron。
可以理解的是，IGBT器件的通态斜率电阻Ron可近似作为MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻，即：
Ron≈RMOS(Tj)+Rcon(Tcon) (2)
基于公式(1)和公式(2)，可以得到一个虚拟P-i-N结上的压降VC′E_P-i-N为：
V′CE_P-i-N＝VCE_on-RonIC (3)
进而，可近似认为虚拟P-i-N结上的压降等于真实P-i-N结上的压降，即：
V′CE_P-i-N＝VCE_P-i-N (4)
由此，基于图4所示的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线，可以计算得到IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻Ron，进而基于公式(3)，对图4所示的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线进行变换，即可获得图5所示的IGBT器件在不同温度下，其P-i-N结上的压降VCE_P-i-N随集电极电流IC的变化曲线簇。
如图5所示，将纵坐标参数由集电极-发射极电压VCE_on替换为P-i-N结上的压降VCE_P-i-N后所获得的V-I曲线与温度具有非常好的一一对应关系，具体的，沿图5中朝下的虚线箭头方向，四条曲线对应的IGBT器件结温依次为65℃、85℃、105℃和125℃，这意味着可将“P-i-N结压降”作为一个新的温敏电参数来使用。
并且，如图4所示，其实转折点C是以IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on作为温敏电参数测量结温时的一个盲点，因为在转折点C上，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC均不随温度变化而变化，而将“P-i-N结压降”作为一个温敏电参数来使用时不存在盲区点。
这是因为，参考公式(3)可知，将IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on中IGBT器件的通态斜率电阻Ron上的压降RonIC减掉，也就是将IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on中MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降减掉，从而使得IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on中剩余部分的压降(虚拟P-i-N结压降，近似等于真实P-i-N结压降)为负温度系数，从而与温度具有非常好的一一对应关系，且不存在盲区点。
基于此，如图6所示，本申请实施例所提供的IGBT器件结温的在线测量方法包括：
S100：实时测量IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系。
可选的，在变流系统中，当变流器处于实际运行工况时，可利用专用的通态压降测量电路测量IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on，同步利用霍尔电流传感器测量流经运行工况下的IGBT器件的负载电流IC，即为IGBT在运行工况下的集电极电流IC。
可选的，IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系可以表示为IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线，具体如图7所示，以IGBT器件在运行工况下的集电极电流IC为横坐标，IGBT器件在运行工况下对应的集电极-发射极电压VCE_on为纵坐标，得到IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC变化的V-I曲线，图7中示出了两条V-I曲线。
可选的，IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系也可以表示为其他形式，如散点图，表格等等，具体视情况而定。
需要说明的是，在变流系统中，流经运行工况下的IGBT器件的负载电流IC为交流电，如正弦电流，它随时间实时变化，相应地，IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on也是随时间实时变化。但本申请实施例所提供给的IGBT器件结温的在线测量方法并不局限于变流系统中的IGBT器件，只要IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC变化，即可利用本申请实施例所提供的IGBT器件结温的在线测量方法。
还需要说明的是，在步骤S100中，实时测量IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC，从而后续基于实时测量的IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC，得到IGBT器件的结温，即本申请实施例所提供的IGBT器件结温的在线测量方法可以实时监测IGBT器件在运行工况下的当前结温。
S200：基于IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，IGBT器件的通态斜率电阻为IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为IGBT器件在转折点后连接材料的电阻与MOSFET器件的沟道电阻之和，转折点为预先获取的IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点。
由前述已知，转折点C相当于MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降的正温度系数变化与P-i-N结上的压降VCE_P-i-N(Tj)的负温度系数变化相抵消时IGBT器件的工作点，因此，在转折点C上，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以及集电极电流IC与温度无关，也即，在转折点C上，IGBT器件在不同温度下的集电极电流IC对应的集电极-发射极电压VCE_on均相等。
由前述已知，在转折点C之后，IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on以MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)和连接材料的电阻Rcon(Tcon)组成的整体电阻上的压降为主，即以电阻压降为主，因此，可以理解的是，参考图7所示，在IGBT器件处于当前结温的工况时，IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC几乎呈线性变化，从而，可以基于测量得到的IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系，计算得到IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，即为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron，其中，IGBT器件的通态斜率电阻Ron等效为IGBT器件在转折点后连接材料的电阻Rcon(Tcon)与MOSFET器件的沟道电阻RMOS(Tj)之和。
需要说明的是，在步骤S100中，由于对IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC的测量是实时的，因此，所得到的IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系也是实时的，而在步骤S200中，需要计算IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron，因此，需要对一个测量阶段内，IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率进行计算。
并且，由于IGBT器件在一定结温下其通态斜率电阻Ron是一定的，因此，可以将一个测量阶段内计算得到的IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，作为较长一段测量时间内IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron；也可以将上一个测量阶段内计算得到的IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，作为下一个测量阶段内IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron；还可以在每一个测量阶段内，计算该测量阶段内IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on相对于集电极电流IC的变化速率，作为该测量阶段内IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron，具体视情况而定。
可选的，在本申请的一个实施例中，基于IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
S210：计算IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
具体的，如图7所示，图7即为在一测量阶段内，IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC的变化曲线，其中，IGBT器件在该测量阶段的最大集电极-发射极电压为VCE_max，IGBT器件在该测量阶段的最大集电极电流为IC_max，并且，IGBT在转折点C处的集电极-发射极电压VCE_inf和集电极电流IC_inf可以预先获取，那么，IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron可以表示为：
可选的，在本申请的另一个实施例中，基于IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
S220：对IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
由于IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压VCE_on随其集电极电流IC几乎呈线性变化，因此，在步骤S220中，可以对IGBT器件在运行工况下位于转折点C后的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
可以理解的是，对于步骤S210计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻的方式，更加简单，但步骤S220计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻的方式，更加精确，具体可根据实际情况进行选择。
需要说明的是，本申请并不局限于步骤S210和步骤S220这两种计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻的方式，可选的，在本申请的其他实施例中，如图7所示，还可以在一测量阶段内，计算IGBT器件在一个工作点(如图7中Y点)的集电极-发射极电压和IGBT器件在另一个工作点(如图7中X点)的集电极-发射极电压之间的差值ΔVCE_on，与IGBT器件在该一个工作点(如图7中Y点)的集电极电流和IGBT器件在该另一个工作点(如图7中X点)的集电极电流之间的差值ΔIC的比值，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron，只要这工作点为位于转折点之后的工作点即可，此时，IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron可以表示为：
S300：将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到IGBT器件在运行工况下P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值。
具体的，参考公式(3)，将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压VCE_on减去对应的集电极电流IC与通态斜率电阻Ron的乘积RonIC，可获得IGBT器件在运行工况下，虚拟P-i-N结上的压降V′CE_P-i-N和IGBT器件的集电极电流IC的实时监测值，进一步地，参考公式(4)可知，虚拟P-i-N结上的压降V′CE_P-i-N近似等于真实P-i-N结上的压降VCE_P-i-N，从而得到IGBT器件在运行工况下，P-i-N结上的压降VCE_P-i-N和IGBT器件的集电极电流IC的实时监测值。
在前述步骤中，已经获得了IGBT器件在运行工况下集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系，具体如图7中的一条V-I曲线所示，并基于IGBT器件在运行工况下集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系，计算得到了IGBT器件在运行工况下的通态电阻Ron，在步骤S300中，将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，是指将IGBT器件在运行工况下的各个集电极-发射极电压减去该集电极-发射极电压对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积。
S400：基于IGBT器件在运行工况下，P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到IGBT器件的结温。
具体的，预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降VCE_P-i-N、IGBT器件的集电极电流IC以及IGBT器件所处温度T之间的对应关系可参考图5所示，包括不同温度T下的IGBT器件中P-i-N结上的压降VCE_P-i-N随IGBT器件的集电极电流IC变化的V-I曲线簇，具体的，沿图5中朝下的虚线箭头方向，四条曲线对应的IGBT器件结温依次为65℃、85℃、105℃和125℃。
那么，在前述步骤中得到IGBT器件在运行工况下，P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流之间的实时监测值后，可以将IGBT器件在运行工况下，P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值，和预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系进行比较，得到IGBT器件在运行工况下，P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值所对应的IGBT器件所处温度，作为IGBT器件的结温。
由此可见，本申请实施例所提供的IGBT器件结温的在线测量方法，考虑到IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，且IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，从而将IGBT器件的通态压降简化为P-i-N结压降、MOSFET沟道电阻压降和连接材料电阻压降之和，通过实时测量IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，对IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻进行估算，令IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，即将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压中通态斜率电阻上的压降减掉，也就是将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压中MOSFET器件的沟道电阻和连接材料的电阻组成的整体电阻上的压降减掉，得到IGBT器件在运行工况下，其P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值，进而比对预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到IGBT器件的结温，即该方法是将IGBT器件中的“P-i-N结压降”作为新的温敏电参数，且P-i-N结压降具有单一的负温度系数，因此，规避了不同工况下IGBT器件内部连接材料上的温度差异对温敏电参数的影响，从而提高对IGBT器件结温测量的准确度，且不存在盲区点。
并且，由于IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻是根据在线测量的IGBT器件的集电极-发射极电压、集电极电流数据实时计算得到，因此，无论IGBT器件中IGBT芯片的结温与连接材料的温度是否相等，均不影响实时计算结果的准确性，故该方法还可回避离线校准过程和实际运行过程中IGBT器件内部连接材料温度差异对温敏电参数的影响，更适合用于在线估计结温。
在上述任一实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，如图8所示，预先获取IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系的过程包括：
S10：将离线的IGBT器件置于不同温度的温度箱中，测量离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系。
需要说明的是，离线的IGBT器件是指IGBT器件没有处于实际的运行工况下，例如，在交流系统中，变流器中断运行时，IGBT器件处于离线状态。
具体的，经步骤S10后，如图4所示，得到的离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on和集电极电流IC之间的对应关系，可以表示为离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on随集电极电流IC的变化曲线。
S20：基于离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，得到离线的IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻。
可以理解的是，在步骤S20中，可以基于离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，得到离线的IGBT器件在各个温度下的通态斜率电阻。
该步骤S20和前述步骤S200步骤类似，可选的，在本申请的一个实施例中，基于离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
S21：计算离线的IGBT器件在不同温度下的最大集电极-发射极电压和IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与离线的IGBT器件在对应温度下的最大集电极电流和IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为离线的IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
可选的，在本申请的另一个实施例中，基于离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
S22：对离线的IGBT器件在不同温度下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为离线的IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
需要说明的是，本申请并不局限于步骤S21和步骤S22这两种计算得到离线的IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻的方式，可选的，在本申请的其他实施例中，参考图7所示，还可以计算IGBT器件在一个工作点(如图7中Y点)的集电极-发射极电压和IGBT器件在另一个工作点(如图7中X点)的集电极-发射极电压之间的差值ΔVCE_on，与IGBT器件在该一个工作点(如图7中Y点)的集电极电流和IGBT器件在该另一个工作点(如图7中Y点)的集电极电流之间的差值ΔIC的比值，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻Ron，所选工作点只要是位于转折点之后的工作点即可。
S30：将离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与对应温度下的通态斜率电阻的乘积，得到离线的IGBT器件在不同温度下，P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流之间的对应关系，作为IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系。
具体的，参考公式(3)，将离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on减去对应的集电极电流IC与通态斜率电阻Ron的乘积RonIC，可得到离线的IGBT器件在不同温度下，虚拟P-i-N结上的压降V′CE_P-i-N和IGBT器件的集电极电流IC之间的对应关系，进一步地，参考公式(4)可知，虚拟P-i-N结上的压降V′CE_P-i-N近似等于真实P-i-N结上的压降VCE_P-i-N，从而得到离线的IGBT器件在不同温度下，P-i-N结上的压降VCE_P-i-N和IGBT器件的集电极电流IC之间的对应关系，最终得到如图5所示的IGBT器件中P-i-N结上的压降VCE_P-i-N、IGBT器件的集电极电流IC以及IGBT器件所处温度T之间的对应关系，可以看到，IGBT器件中P-i-N结上的压降VCE_P-i-N随IGBT器件的集电极电流IC的变化曲线与温度具有非常好的一一对应关系，不存在盲区点。
在上述实施例的基础上，可选的，在本申请的一个实施例中，预先获取转折点的过程包括：
S11：基于离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，得到离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线，具体如图4所示的V-I曲线；
S12：将离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线的交汇点作为转折点。
由前述已知，转折点C为IGBT器件的集电极-发射极电压VCE_on及集电极电流IC与温度无关的工作点，或者说，在转折点C上，IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压VCE_on均相等，且集电极电流IC均相等，因此，离线的IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线的交汇点即为转折点C。
本申请实施例还提供了一种IGBT器件结温的在线测量系统，其中，IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，如图9所示，该测量系统包括：
测量模块100，测量模块100用于实时测量IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
计算模块200，计算模块200用于基于IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，IGBT器件的通态斜率电阻为IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为IGBT器件在转折点后连接材料的电阻与MOSFET器件的沟道电阻之和，转折点为预先获取的IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点；
转换模块300，转换模块300用于将IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到IGBT器件在运行工况下P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值；
校准模块400，校准模块400用于基于IGBT器件在运行工况下P-i-N结上的压降和IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的IGBT器件中P-i-N结上的压降、IGBT器件的集电极电流以及IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到IGBT器件的结温。
可选的，计算模块200包括：
第一计算单元，第一计算单元用于计算IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
另一可选的，计算模块200包括：
第二计算单元，第二计算单元用于对IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
由于上述各个过程已在前述各实施例中进行了详细地阐述，此处不再赘述。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，所述IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将所述IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，所述IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，该方法包括：
实时测量所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，所述IGBT器件的通态斜率电阻为所述IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为所述IGBT器件在转折点后所述连接材料的电阻与所述MOSFET器件的沟道电阻之和，所述转折点为预先获取的所述IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点；
将所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值；
基于所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到所述IGBT器件的结温。
2.根据权利要求1所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
计算所述IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与所述IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
3.根据权利要求1所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，包括：
对所述IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
4.根据权利要求1-3任一项所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，预先获取所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系的过程包括：
将离线的所述IGBT器件置于不同温度的温度箱中，测量离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻；
将离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与对应温度下的通态斜率电阻的乘积，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下，所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流之间的对应关系，作为所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系。
5.根据权利要求4所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，预先获取所述转折点的过程包括：
基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线；
将离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压随集电极电流的变化曲线的交汇点作为所述转折点。
6.根据权利要求4所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
计算离线的所述IGBT器件在不同温度下的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与离线的所述IGBT器件在对应温度下的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为离线的所述IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
7.根据权利要求4所述的IGBT器件结温的在线测量方法，其特征在于，基于离线的所述IGBT器件在不同温度下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到离线的所述IGBT器件在不同温度下的通态斜率电阻，包括：
对离线的所述IGBT器件在不同温度下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为离线的所述IGBT器件在对应温度下的通态斜率电阻。
8.一种IGBT器件结温的在线测量系统，其特征在于，所述IGBT器件通态压降包括IGBT芯片压降以及用于将所述IGBT芯片与外部电连接的连接材料电阻压降，所述IGBT芯片在通态时等效为串联连接的P-i-N结和MOSFET器件，所述测量系统包括：
测量模块，所述测量模块用于实时测量所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流，得到所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系；
计算模块，所述计算模块用于基于所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系，计算得到所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻，所述IGBT器件的通态斜率电阻为所述IGBT器件在转折点后的集电极-发射极电压相对于集电极电流的变化速率，等效为所述IGBT器件在转折点后所述连接材料的电阻与所述MOSFET器件的沟道电阻之和，所述转折点为预先获取的所述IGBT器件的集电极-发射极电压及集电极电流与温度无关的工作点；
转换模块，所述转换模块用于将所述IGBT器件在运行工况下的集电极-发射极电压减去对应的集电极电流与通态斜率电阻的乘积，得到所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值；
校准模块，所述校准模块用于基于所述IGBT器件在运行工况下所述P-i-N结上的压降和所述IGBT器件的集电极电流的实时监测值，以及预先获取的所述IGBT器件中所述P-i-N结上的压降、所述IGBT器件的集电极电流以及所述IGBT器件所处温度之间的对应关系，得到所述IGBT器件的结温。
9.根据权利要求8所述的IGBT器件结温的在线测量系统，其特征在于，所述计算模块包括：
第一计算单元，所述第一计算单元用于计算所述IGBT器件在一测量阶段的最大集电极-发射极电压和所述IGBT器件在转折点的集电极-发射极电压之间的差值，与所述IGBT器件在同一测量阶段的最大集电极电流和所述IGBT器件在转折点的集电极电流之间的差值的比值，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
10.根据权利要求8所述的IGBT器件结温的在线测量系统，其特征在于，所述计算模块包括：
第二计算单元，所述第二计算单元用于对所述IGBT器件在运行工况下位于转折点后的集电极-发射极电压和集电极电流之间的对应关系进行线性拟合，得到拟合后斜线的斜率，作为所述IGBT器件在运行工况下的通态斜率电阻。
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|---|---|---|---|
| CN202310687583.9A CN116754914A (zh) | 2023-06-09 | 2023-06-09 | 一种igbt器件结温的在线测量方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202310687583.9A CN116754914A (zh) | 2023-06-09 | 2023-06-09 | 一种igbt器件结温的在线测量方法及系统 |
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| CN116754914A true CN116754914A (zh) | 2023-09-15 |
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Family Applications (1)
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| CN202310687583.9A Pending CN116754914A (zh) | 2023-06-09 | 2023-06-09 | 一种igbt器件结温的在线测量方法及系统 |
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2023
- 2023-06-09 CN CN202310687583.9A patent/CN116754914A/zh active Pending
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