[发明专利]一种功率半导体模块结温在线评估方法及装置

权利要求书

1.一种功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，包括：

将功率半导体模块接通电源，使功率半导体模块升温，通过温度采集设备，记录温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)；

将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温，通过温度采集设备，记录芯片处的瞬态温降曲线b(t)；

将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)；

根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth；

根据预构建的热阻热容网络FOSTER模型，对芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth进行拟合，以获取芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj-N；

根据芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj-N，计算芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj-N(pulse)；

根据芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj-N(pulse)，结合实际应用中测得的温度传感器处的温度，计算功率半导体模块的结温。

2.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将所述温度传感器替换为测温二极管，以使采样率达到1MHz。

3.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将功率半导体模块断开电源，并通过液冷平台，使功率半导体模块由升温转换为降温的过程，所采用的时间小于10μs。

4.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，将芯片处的瞬态温降曲线b(t)转化为芯片处的瞬态温升曲线a(t)所采用的计算公式如公式(1)所示：

a(t)＝deltaTjmax-b(t) (1)

公式(1)中，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，b(t)为芯片处的瞬态温降曲线，deltaTjmax为功率半导体模块升温时芯片的最高结温升。

5.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，根据芯片处的瞬态温升曲线a(t)和温度传感器处的瞬态温升曲线N(t)，计算芯片到温度传感器的瞬态热阻Zth所采用的计算公式如公式(2)所示：

公式(2)中，Zth为芯片到温度传感器的瞬态热阻，a(t)为芯片处的瞬态温升曲线，N(t)为温度传感器处的瞬态温升曲线，P为电源对功率半导体模块施加的功率。

6.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线Zthj-N的表达式如公式(3)所示：

公式(3)中，i为热阻热容网络FOSTER模型中热阻热容网络单元的数量，R_i为第i个热阻热容网络单元的第一拟合参数，t为功率半导体模块升温时间，τ_i为第i个热阻热容网络单元的第二拟合参数。

7.根据权利要求1所述的功率半导体模块结温在线评估方法，其特征在于，所述芯片到温度传感器的脉冲热阻Zthj-N(pulse)的表达式如公式(4)所示：

公式(4)中，z为对功率半导体模块升温时间取对数所获得的值，R(z)为时间常数谱，δ为连续脉冲的占空比，t₁为连续脉冲的脉宽，x为对连续脉冲的脉宽t₁取对数所获得的值，为卷积运算符号；

其中，所述时间常数谱R(z)的表达式如公式(5)所示：

公式(5)中，z为对功率半导体模块升温时间取对数所获得的值，R(z)为时间常数谱，a(z)为对功率半导体模块升温时间取对数后所对应的芯片到温度传感器的瞬态热阻曲线的表达式，a(z)＝Zthj-N(z＝lnt)，w_z(z)为中间变量，w_z(z)＝exp[z-exp(z)]，为反卷积运算符号。

8.一种功率半导体模块结温在线评估装置，其特征在于，包括：功率半导体模块、电源、温度采集设备和计算机；还包括有用于给所述功率半导体模块降温的液冷平台；所述功率半导体模块包括温度传感器和芯片，所述温度采集设备连接于所述功率半导体模块和计算机之间；所述功率半导体模块和计算机分别与所述电源电连接。