[发明专利]一种可调开通延迟时间的实时在线结温提取电路

说明书

本发明公开了一种可调开通延迟时间的实时在线结温提取电路，包括第一电压比较器、第二电压比较器、D触发器、与逻辑门电路、第一参考电压调节电路和第二参考电压调节电路。在功率器件的开通阶段，当栅源电压达到第一参考电压值时，第一电压比较器输出高电平，得到开通延迟时间信号的起点，当源极寄生电感产生的电压降到第二参考电压值时，第二电压比较器输出高电平，得到开通延迟时间信号的终点，再经D触发器和与逻辑门电路进行逻辑运算，得到开通延迟时间信号的高电平宽度，并建立高电平宽度与结温之间的线性关系，获取拟合曲线。本发明利用D触发器响应速度快、功耗低的优势对功率器件开通延迟时间进行精确测量，实现高精度的结温预测。

技术领域

本发明涉及电力电子技术与电工技术领域，尤其涉及一种可调开通延迟时间的实时在线结温提取电路。

背景技术

根据电力电子系统可靠性调研分析可知，功率器件是变换器中失效率最高的部件，约占34％。在各类失效因素中，约55％的电力电子系统失效主要由温度因素诱发。在电气方面，较高的结温将导致导通电压的增加和漏电流的上升，开关瞬态和导通状态下的功率损耗都会增加。在热力学方面，最大瞬时结温和热循环导致的结温波动引起热机械应力增加，导致功率器件故障或使用寿命缩短。因此，研究结温的提取方法对于指导功率器件的寿命预测、优化设计以及提高可靠性等研究有重要的意义。

基于热敏电参数的结温提取法具有响应快、精度较高、有望在线测量等优点，受到了国内外学者广泛关注。开通延迟时间是常见的动态热敏电参数，传统的基于开通延迟时间的结温提取方法线性度好，与器件结温的拟合方程中的相关变量少，但对测量仪器的精度要求较高，需要配备高分辨率的计时器和电压传感器，功率器件的开通延迟时间较短导致结温提取准确性不高。因此需要设计一种在确保测量精度的前提下，更为简便和低成本的开通延迟时间测量电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可调开通延迟时间的实时在线结温提取电路，利用D触发器响应速度快、功耗低的优势对功率器件开通延迟时间进行精确测量，从而实现高精度的结温预测。

本发明为实现上述目的采用了如下的技术方案：

一种可调开通延迟时间的实时在线结温提取电路，实时在线结温提取电路包括第一电压比较器、第二电压比较器、D触发器、与逻辑门电路、第一参考电压调节电路和第二参考电压调节电路；第一电压比较器和第二电压比较器分别与功率器件的栅极和功率源极连接，根据第一参考电压信号和第二参考电压信号，利用D触发器和与逻辑门电路，测量功率器件在不同结温下的开通延迟时间，得到开通延迟时间信号的高电平宽度，并将高电平宽度与结温建立线性关系，获取拟合曲线，然后在实际工况下通过测量出开通延迟时间反演得到结温。

进一步的，第一电压比较器的正输入端连接功率器件的栅极，用于获取功率器件在开通瞬间的第一电压信号，并根据第一参考电压调节电路设定的第一参考电压值确定开通延迟时间的起点。

进一步的，第二电压比较器的正输入端连接功率器件的功率源极，用于获取功率器件在开通瞬间的第二电压信号，并根据第二参考电压调节电路设定的第二参考电压值确定开通延迟时间的终点。

进一步的，D触发器的D输入端与第一电压比较器输出端连接，D触发器的CLK输入端与第二电压比较器输出端连接，用于根据第一电压比较器的输出信号和第二电压比较器的输出信号生成D触发器的第三输出信号。

进一步的，与逻辑门电路连接第一电压比较器的输出端和D触发器输出端，用于对第一电压比较器输出信号和D触发器第三输出信号进行“与”运算，生成功率器件的开通延迟时间信号。

进一步的，第一参考电压调节电路和第二参考电压调节电路与第一电压比较器和第二电压比较器的负输入端连接，用于调节第一电压比较器和第二电压比较器的参考电压值。

进一步的，实时在线结温提取电路的结温预测方法包括以下步骤：