本發(fā)明涉及igbt結溫評估，尤其涉及一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法和裝置。

背景技術：

1、本部分的陳述僅僅是提供了與本發(fā)明相關的背景技術信息，并不必然構成在先技術。

2、絕緣柵雙極型晶體管(insulated?gate?bipolar?transistor，igbt)器件兼具mosfet器件開關速度快和雙極器件通態(tài)損耗低的優(yōu)點，在新能源換流器、柔性直流輸電設備、動態(tài)無功補償設備等場合獲得了廣泛的應用。

3、igbt的結溫(junction?temperature，tj)是指igbt內部半導體結處的溫度。結溫是影響igbt性能和可靠性的一個關鍵參數，因為高結溫會影響器件的電氣特性，并可能導致其過早失效。但是目前現有技術中，對于igbt在短路狀態(tài)下的結溫估計還沒有一種行之有效的方法。

技術實現思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法和裝置，以解決上述提及的至少一個問題。

2、為了實現上述目的，本發(fā)明采用以下方案：

3、根據本發(fā)明的第一方面，提供一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，所述方法包括：獲取igbt短路電流過程波形，所述igbt短路電流過程波形包括上升階段、持續(xù)階段和下降階段；獲取所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系；獲取所述上升階段及持續(xù)階段中結溫和電子遷移率之間的關系；結合所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系以及所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系，得到電流下降速率與結溫變化的關系；基于所述電流下降速率與結溫變化的關系對igbt短路瞬態(tài)過程的結溫狀態(tài)進行評估。

4、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中獲取igbt短路電流過程波形包括：獲取igbt短路過程中柵極電壓、集射極電壓和集電極電流的波形。

5、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系如下式所示：

6、

7、上式中，ic為集電極電流；μn為電子遷移率；αpnp為晶體管輸運系數；w為柵極溝道寬度；l為柵極溝道長度；cox為柵極溝道單位面積電容值；uge為柵極電壓；ut為柵極閾值電壓。

8、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系如下：

9、

10、上式中，μn為電子遷移率；tj為結溫。

11、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中結合所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系以及所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系，得到電流下降速率與結溫變化的關系包括：

12、對所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系進行時間求導，得到：

13、

14、結合時間求導公式和所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系式，得到所述下降階段中電流下降速率與結溫變化的關系式如下：

15、

16、作為本發(fā)明的一個實施例，上述方法中基于所述電流下降速率與結溫變化的關系對igbt短路瞬態(tài)過程的結溫狀態(tài)進行評估包括：

17、在室溫tenv為25℃下，記錄電流下降過程波形為ic,env；

18、在結溫為tj時，記錄電流下降過程波形為ic,tj；

19、通過已知的tenv、ic,env、ic,tj，利用基于電流下降速率與結溫變化的關系式得到的下式估計結溫tj：

20、

21、根據本發(fā)明的第二方面，提供一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估裝置，所述裝置包括：波形獲取單元，用于獲取igbt短路電流過程波形，所述igbt短路電流過程波形包括上升階段、持續(xù)階段和下降階段；第一關系獲取單元，用于獲取所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系第二關系獲取單元，用于獲取所述上升階段及持續(xù)階段中結溫和電子遷移率之間的關系；第三關系獲取單元，用于結合所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系以及所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系，得到電流下降速率與結溫變化的關系；結溫評估單元，用于基于所述電流下降速率與結溫變化的關系對igbt短路瞬態(tài)過程的結溫狀態(tài)進行評估。

22、作為本發(fā)明的一個實施例，上述波形獲取單元具體用于：獲取igbt短路過程中柵極電壓、集射極電壓和集電極電流的波形。

23、作為本發(fā)明的一個實施例，上述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系如下式所示：

24、

25、上式中，ic為集電極電流；μn為電子遷移率；αpnp為晶體管輸運系數，其受集射極電壓uce的影響；w為柵極溝道寬度；l為柵極溝道長度；cox為柵極溝道單位面積電容值；uge為柵極電壓；ut為柵極閾值電壓。

26、作為本發(fā)明的一個實施例，上述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系如下：

27、

28、上式中，μn為電子遷移率；tj為結溫。

29、作為本發(fā)明的一個實施例，上述第三關系獲取單元具體用于：

30、對所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系進行時間求導，得到：

31、

32、結合時間求導公式和所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系式，得到所述下降階段中電流下降速率與結溫變化的關系式如下：

33、

34、作為本發(fā)明的一個實施例，上述結溫評估單元具體用于：

35、在室溫tenv為25℃下，記錄電流下降過程波形為ic,env；

36、在結溫為tj時，記錄電流下降過程波形為ic,tj；

37、通過已知的tenv、ic,env、ic,tj，利用基于電流下降速率與結溫變化的關系式得到的下式估計結溫tj：

38、

39、根據本發(fā)明的第三方面，提供一種電子設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現上述方法的步驟。

40、根據本發(fā)明的第四方面，提供一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現上述方法的步驟。

41、根據本發(fā)明的第五方面，提供一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現上述方法的步驟。

42、本發(fā)明所提出的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法和裝置，通過觀測短路電流下降速率的變化，可以實時估計igbt的結溫變化，提供即時的溫度信息。該方法對于igbt短路過程的狀態(tài)監(jiān)測和分析具有指導意義，可以幫助工程師更好地理解和分析igbt在短路條件下的行為。另外，通過準確估計結溫變化，可以采取適當的保護措施，防止igbt因過熱而損壞，從而提高系統(tǒng)的可靠性。而且該方法還提供了一種新的結溫估計手段，可以用于優(yōu)化igbt的熱管理設計，確保器件在安全溫度范圍內工作。

技術特征：

1.一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如權利要求1所述的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述的獲取igbt短路電流過程波形包括：

3.如權利要求1所述的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系如下式所示：

4.如權利要求3所述的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系如下：

5.如權利要求4所述的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述的結合所述下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系以及所述上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系，得到電流下降速率與結溫變化的關系包括：

6.如權利要求5所述的基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法，其特征在于，所述的基于所述電流下降速率與結溫變化的關系對igbt短路瞬態(tài)過程的結溫狀態(tài)進行評估包括：

7.一種基于電流下降速率的igbt短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估裝置，其特征在于，所述裝置包括：

8.一種電子設備，包括存儲器、處理器以及存儲在所述存儲器上并可在所述處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機程序時實現權利要求1至6任一項所述方法的步驟。

9.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，所述計算機程序被處理器執(zhí)行時實現權利要求1至6任一項所述方法的步驟。

10.一種計算機程序產品，包括計算機程序/指令，其特征在于，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現權利要求1至6任一項所述方法的步驟。

技術總結
本發(fā)明提供了一種基于電流下降速率的IGBT短路瞬態(tài)過程結溫狀態(tài)評估方法和裝置，方法包括：獲取IGBT短路電流過程波形，IGBT短路電流過程波形包括上升階段、持續(xù)階段和下降階段；獲取下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系獲取上升階段及持續(xù)階段中結溫和電子遷移率之間的關系；結合下降階段柵極電壓對集電極電流的控制關系以及上升階段中結溫和電子遷移率之間的關系，得到電流下降速率與結溫變化的關系；基于電流下降速率與結溫變化的關系對IGBT短路瞬態(tài)過程的結溫狀態(tài)進行評估。本發(fā)明通過觀測短路電流下降速率的變化，可以實時估計IGBT的結溫變化，提供即時的溫度信息，IGBT短路過程的狀態(tài)監(jiān)測和分析具有指導意義。

技術研發(fā)人員：袁文遷,季一潤,袁茜,槐青,郝震,高巖峰,宋鵬,盧毅,李雨,黃彬,楊敏祥,劉蓁,謝麗芳
受保護的技術使用者：華北電力科學研究院有限責任公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/23