本發(fā)明屬于功率電子器件，具體涉及sic?mosfet結(jié)溫在線采集電路，還涉及sic?mosfet結(jié)溫在線采集方法。
背景技術(shù)：
1、作為第三代寬禁帶半導(dǎo)體的核心器件，碳化硅金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)晶體管（sicmosfet）憑借其高耐壓、高開關(guān)頻率及低導(dǎo)通損耗等優(yōu)勢(shì)，成為新能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)高功率密度和高效率電能轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵器件，已經(jīng)被用在許多極端工況下。但是，sic?mosfet芯片尺寸偏小，熱容較低，在極端工況下結(jié)溫發(fā)生劇烈變化時(shí)，器件內(nèi)部各層材料易因熱膨脹系數(shù)不同導(dǎo)致界面分層、鍵合線斷裂，嚴(yán)重影響器件可靠性，降低器件使用壽命。因此，對(duì)sic?mosfet結(jié)溫進(jìn)行實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)的監(jiān)測(cè)，對(duì)預(yù)防熱失效、進(jìn)行熱管理以及評(píng)估器件壽命有重要意義。
2、溫敏電參數(shù)法作為一種非侵入式的結(jié)溫監(jiān)測(cè)方法，是當(dāng)下研究功率器件狀態(tài)監(jiān)測(cè)的熱點(diǎn)技術(shù)。相比于其他溫敏電參數(shù)，柵極峰值電流具有不受老化影響、耦合參數(shù)少、結(jié)溫線性度良好等優(yōu)勢(shì)。目前，基于柵極峰值電流的監(jiān)測(cè)方案大多聚焦于采集電路本身的優(yōu)化設(shè)計(jì)，旨在提升參數(shù)靈敏度和測(cè)量精度。這類方案通常通過將柵極回路中的某一個(gè)電阻作為采樣電阻，采集采樣電阻兩端電壓，獲取柵極峰值電流。然而在高頻開關(guān)下，持續(xù)的電流采集會(huì)在采樣電阻上產(chǎn)生功耗，從而引起電阻發(fā)熱，改變采樣電阻阻值，嚴(yán)重影響采集準(zhǔn)確性。因此，如何解決采樣電阻在高頻率開關(guān)下的自熱效應(yīng)，提高柵極峰值電流采集的精度與可靠性至關(guān)重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的第一目的是提供sic?mosfet結(jié)溫在線采集電路，通過構(gòu)建柵極電阻網(wǎng)絡(luò)與柵極峰值電流采集電路，解決采樣電阻在高頻率開關(guān)工況下的自熱問題。
2、本發(fā)明的第二目的是提供sic?mosfet結(jié)溫在線采集方法。
3、本發(fā)明所采用的第一個(gè)技術(shù)方案是，sic?mosfet結(jié)溫在線采集電路，與待測(cè)sicmosfet連接進(jìn)行結(jié)溫采集，包括fpga，fpga設(shè)有pwm信號(hào)輸入端、pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端和數(shù)據(jù)處理端，pwm信號(hào)輸入端用于接收外部pwm1輸入信號(hào)，fpga的pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端向外輸出pwm2驅(qū)動(dòng)信號(hào)，fpga的數(shù)據(jù)處理端接收并處理采集電路輸出的數(shù)據(jù)；fpga分別連接?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)芯片與柵極峰值電流采集電路，fpga的pwm驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出端與柵極驅(qū)動(dòng)芯片的輸入端連接，柵極峰值電流采集電路的輸出端與fpga的數(shù)據(jù)處理端連接，柵極驅(qū)動(dòng)芯片與柵極峰值電流采集電路均與柵極電阻網(wǎng)絡(luò)電連接。
4、本發(fā)明第一個(gè)技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
5、柵極電阻網(wǎng)絡(luò)由開通電阻支路、關(guān)斷電阻支路和采樣電阻支路并聯(lián)組成，每條并聯(lián)支路由一個(gè)開關(guān)元件與一個(gè)電阻元件串聯(lián)構(gòu)成，開關(guān)元件的控制端與fpga的控制信號(hào)輸出端電連接；柵極電阻網(wǎng)絡(luò)的右側(cè)公共端與待測(cè)sic?mosfet的柵極電連接，柵極驅(qū)動(dòng)芯片的輸出端與柵極電阻網(wǎng)絡(luò)的左側(cè)公共端連接，柵極峰值電流采集電路的輸入端與柵極電阻網(wǎng)絡(luò)中采樣電阻兩端電連接。
6、柵極峰值電流采集電路包括差分運(yùn)算放大器u1，差分運(yùn)算放大器u1的輸入端與柵極電阻網(wǎng)絡(luò)中采樣電阻的兩端連接，差分運(yùn)算放大器u1的輸出端電連接有運(yùn)算放大器u2，運(yùn)算放大器u2的負(fù)輸入端連接有電阻r1與電阻r2，電阻r1另一端連接至偏置電壓vee，電阻r2另一端連接放大器u2的輸出端；運(yùn)算放大器u2的輸出端電連接有跨導(dǎo)運(yùn)算放大器u3，跨導(dǎo)運(yùn)算放大器u3的負(fù)輸入端連接有out端，運(yùn)算放大器u3的輸出端連接有二極管d1與二極管d2，二極管d2另一端連接有場(chǎng)效應(yīng)管q1與電阻r3，場(chǎng)效應(yīng)管q1連接有電源vcc，場(chǎng)效應(yīng)管q1還分別連接有電阻r4與電壓緩沖器u4，電阻r3連接有電容c1，電壓緩沖器u4連接至out端，out端作為柵極峰值電流采集電路的輸出端，與fpga的數(shù)據(jù)處理端連接。
7、本發(fā)明所采用的第二個(gè)技術(shù)方案是sic?mosfet結(jié)溫在線采集方法，具體為：通過fpga接收pwm1信號(hào)，識(shí)別其邊沿并計(jì)算開關(guān)頻率f，fpga對(duì)pwm1上升沿計(jì)數(shù)，同步輸出pwm2驅(qū)動(dòng)信號(hào)至柵極驅(qū)動(dòng)芯片；當(dāng)計(jì)數(shù)值小于采樣閾值m時(shí)，pwm1上升沿選通開通電阻支路、下降沿切入關(guān)斷電阻支路；當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到采樣閾值m時(shí)，pwm1上升沿選通采樣電阻支路，觸發(fā)柵極峰值電流采集電路采集峰值電流，下降沿仍選通關(guān)斷電阻支路，采集后計(jì)數(shù)器清零；采集電路處理信號(hào)并反饋至fpga，得到待測(cè)sic?mosfet結(jié)溫。
8、本發(fā)明第二個(gè)技術(shù)方案的特點(diǎn)還在于，
9、采樣電阻支路的采樣電阻與開通電阻支路的開通電阻阻值相同。
10、采樣頻率m通過以下步驟確定，包括：
11、最大允許采集頻率：施加從待測(cè)sic?mosfet開關(guān)頻率f開始逐步降低的pwm信號(hào)，形成柵極電流并流過柵極電阻，采樣電阻支路中采樣電阻溫度升高，通過紅外熱成像儀觀測(cè)采樣電阻的溫度變化，直至采樣電阻的溫升維持在≤3℃，此時(shí)的采樣頻率為最大允許采樣頻率fmax；
12、最小允許采集頻率：對(duì)待測(cè)sic?mosfet進(jìn)行加熱，升溫速率5-10℃/min，溫度范圍25-150℃，以紅外熱成像儀監(jiān)測(cè)的器件結(jié)溫為參考基準(zhǔn)，同步記錄采集輸出的結(jié)溫?cái)?shù)據(jù)，逐步增大采集頻率，當(dāng)采集結(jié)溫曲線與參考基準(zhǔn)曲線的擬合度不小于95%、時(shí)間延遲≤10ms時(shí)，對(duì)應(yīng)頻率為最小允許采集頻率fmin；
13、采樣閾值m為大于1的整數(shù)，且f/fmax≤m≤f/fmin，其中f為待測(cè)sic?mosfet的開關(guān)頻率，f=1/t，t為pwm1輸入信號(hào)的開關(guān)周期，由fpga識(shí)別pwm1信號(hào)的兩個(gè)上升沿間隔計(jì)算得到，同時(shí)m＜f，確保采集動(dòng)作間隔于待測(cè)sic?mosfet的正常開關(guān)周期，抑制采樣電阻自熱效應(yīng)。
14、柵極峰值電流采集電路的信號(hào)處理步驟具體為：首先差分運(yùn)算放大器u1接收采樣電阻兩端的差分信號(hào)，對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理，輸出單端電壓信號(hào)；運(yùn)算放大器u2接收差分運(yùn)算放大器u1輸出的單端電壓信號(hào)，通過電阻r1、r2添加負(fù)偏置，輸出添加負(fù)偏置后的單端電壓信號(hào)，跨導(dǎo)運(yùn)算放大器u3接收添加負(fù)偏置后的單端電壓信號(hào)，利用其大輸出電流特性，通過電阻r3驅(qū)動(dòng)保持電容c1充電，將柵極峰值信號(hào)以電荷形式存儲(chǔ)在電容c1中，捕獲并存儲(chǔ)峰值信號(hào)；然后場(chǎng)效應(yīng)管q1與電阻r4組成的源極跟隨器接收c1存儲(chǔ)的峰值信號(hào)，并提高電壓緩沖器u4的輸入阻抗，減少c1的漏電損耗，維持峰值信號(hào)的幅值穩(wěn)定性；最后，電壓緩沖器u4接收經(jīng)源極跟隨器穩(wěn)定后的峰值信號(hào)，對(duì)峰值信號(hào)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)能力增強(qiáng)，再通過out端將增強(qiáng)的峰值信號(hào)反饋至fpga的數(shù)據(jù)處理端，為結(jié)溫計(jì)算提供數(shù)據(jù)。
15、電容c1存儲(chǔ)電荷的過程中，二極管d1同步對(duì)c1兩端電壓進(jìn)行鉗位保護(hù)，二極管d2在輸入信號(hào)上升沿導(dǎo)通、下降沿截止。
16、本發(fā)明的有益效果是：
17、（1）本發(fā)明提供的sic?mosfet結(jié)溫在線采集電路及方法，通過增設(shè)獨(dú)立的柵極峰值電流采集電路并采用低頻間歇式采樣策略，使采樣電阻大部分時(shí)間內(nèi)處于非工作狀態(tài)，抑制其溫升，從而保證了采樣電阻阻值的穩(wěn)定性，顯著提高了柵極峰值電流采集的準(zhǔn)確性和結(jié)溫預(yù)測(cè)精度。
18、（2）本發(fā)明提供的sic?mosfet結(jié)溫在線采集電路及方法，采用相同阻值的采樣電阻與開通電阻，確保在采集階段器件的開通行為與正常開通完全一致，避免了因采樣而引入的開關(guān)特性畸變。