一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量方法和裝置
2023-09-17 02:57:16 1
1.本發明涉及功率器件寄生參數測量技術領域，特別是涉及一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量方法和裝置。
背景技術：
2.功率半導體器件是功率變換系統中的關鍵元件，隨著開關速度的提高，功率等級的增加，器件寄生參數的影響越來越大，同時大功率器件電流的精確測量也是一個問題。
3.因此，準確表徵器件的寄生參數，精確測量流過器件的的電流，具有十分重要的意義。目前已有的寄生參數測試方案主要是基於離線式測試，即將器件放置在專門的測試機臺上，測試環境與器件實際使用工作環境有較大差異，測試結果可能誤差較大。也有一些在線式的測試方案，即檢測器件工作過程中的實時寄生參數，但一般檢測電路較為複雜。
4.對於igbt、mosfet等功率器件的電流監測，目前也有許多方案。串聯感應電阻測流方案精度高，速度快，但在負載電流較大時功耗較大。功率器件內部集成比例電流測量器件集成度高，但成本也較高。羅氏線圈和霍爾傳感器可以進行非接觸測量，但體積較大。也可以通過柵極電壓特徵如米勒平臺電壓值來檢測器件漏極電流，但需要針對不同器件提前測試，而且需要溫度補償。
技術實現要素：
5.本發明所要解決的技術問題是提供一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量方法和裝置，能夠在每一個開關周期獨立計算功率器件的寄生參數及漏極電流，且不需要進行溫度補償。
6.本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：提供一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量方法，包括以下步驟：
7.將功率器件、負載電感和電源進行串接形成迴路；
8.採集功率器件在一個開關周期內的開爾文源極與功率源極之間的壓降信號；
9.對所述壓降信號進行積分，並採用二次函數對積分後的壓降信號進行擬合，得到以時間t為變量的二次函數v
integ
＝at2+bt+c，其中，v
integ
為積分後的壓降信號，a、b和c為係數；
10.根據係數a、b和c，以及母線電壓值和負載電感值計算功率器件的寄生電阻、寄生電感和脈衝初始漏極負載電流。
11.所述寄生電阻通過計算得到，所述脈衝初始漏極負載電流通過計算得到，所述寄生電感通過計算得到，其中，rs為寄生電阻，i
ds0
為脈衝初始漏極負載電流，ls為寄生電感，v
bus
為母線電壓，l
load
為負載電感值。
12.本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：提供一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量裝置，包括：
13.積分器，用於採集功率器件在一個開關周期內的開爾文源極與功率源極之間的壓降信號，並對所述壓降信號進行積分；
14.模數轉換器，用於將所述積分器輸出的模擬信號轉換為數位訊號；
15.處理器，用於採用二次函數對數位訊號進行擬合處理，得到二次函數的係數a、b和c，並採用二次函數的係數a、b和c，以及母線電壓值和負載電感值計算功率器件的寄生電阻、寄生電感和脈衝初始漏極負載電流。
16.所述處理器通過計算寄生電阻，通過計算脈衝初始漏極負載電流，通過計算寄生電感，其中，rs為寄生電阻，i
ds0
為脈衝初始漏極負載電流，ls為寄生電感，v
bus
為母線電壓，l
load
為負載電感值。
17.有益效果
18.由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果：本發明可以在每一個開關周期獨立計算器件的寄生參數及漏極電流，且不需要對計算結果進行溫度補償，本發明還可以基於提取得到的寄生電阻和電感，進一步計算得到器件導通期間的初始漏極負載電流。整個方案可以在硬開關，電流線性變化場景適用。
附圖說明
19.圖1是本發明實施方式中功率器件源極寄生參數及漏極電流測量裝置的示意圖；
20.圖2是本發明實施方式中關鍵信號波形圖。
具體實施方式
21.下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本技術所附權利要求書所限定的範圍。
22.本發明的實施方式涉及一種功率器件源極寄生參數及漏極電流測量方法，包括以下步驟：將功率器件、負載電感和電源進行串接形成迴路(見圖1)；採集功率器件在一個開關周期內的開爾文源極與功率源極之間的壓降信號；對所述壓降信號進行積分，並採用二次函數對積分後的壓降信號進行擬合，得到隨時間t為變量的二次函數；根據二次函數的係數a、b和c，以及母線電壓值和負載電感值計算功率器件的寄生電阻、寄生電感和脈衝初始漏極負載電流。
23.本實施方式的測量方法可以基於圖1所示的測量裝置實現，該測量裝置包括積分器、模數轉換器adc和處理器。
24.對於圖1所示的功率迴路，任意時刻流過功率器件的電流如圖2所示：(t為每個脈衝開啟後的時刻)
[0025][0026]
其中，v
bus
為母線電壓，l
load
為功率迴路負載電感,這兩個值在功率迴路中為確定的值。任意時刻開爾文源極與功率源極之間的壓降為：
[0027][0028]
以器件開始導通時刻為起點，對v
ss
進行積分，並進行適當簡化近似，有:
[0029][0030]
分析積分電壓表達式可知，串聯源極寄生電感和電阻之間的壓降積分表達式是關於時間的二次函數，該二次函數的係數表達式包含器件的寄生電阻，寄生電感，以及源漏電流信息。
[0031]
因此，本實施方式對功率迴路寄生源極進行電壓積分(在電流脈衝期間)，對積分器輸出波形進行採樣和擬合，再對擬合的係數進行計算，可以得到器件的寄生電阻，寄生電感和源漏電流。
[0032]
採用模數轉換器adc讀取積分器輸出的模擬電壓，將讀取的積分器電壓轉換為數位訊號。並採用處理器對模數轉換器adc輸出的數位訊號進行處理計算，採用二次函數對其進行擬合，得到積分器輸出的二次函數的係數，進而計算得到可以得到器件的寄生電阻，寄生電感和源漏電流。本實施方式中的處理器可以是mcu,dsp或fpga等。
[0033]
設擬合得到的二次函數為：
[0034]vinteg
＝at2+bt+c(4)
[0035]
則聯立式(3)和式(4)可以得到rs表達式，ls的二次方程表達式和i
ds0
的二次方程表達式：
[0036][0037]
進而可以計算出器件的寄生電阻rs，寄生電感ls，和脈衝初始漏極負載電流i
ds0
：
[0038][0039]
本實施方式可以應用於pfc,dcdc等電力電子系統中功率器件電流檢測，狀態監測及保護等領域。
[0040]
不難發現，本發明可以在每一個開關周期獨立計算器件的寄生參數及漏極電流，且不需要對計算結果進行溫度補償，本發明還可以基於提取得到的寄生電阻和電感，進一步計算得到器件導通期間的初始漏極負載電流。整個方案可以在硬開關，電流線性變化場景適用。