基于自热误差补偿的IGBT结温标定方法、系统、设备及介质与流程

本发明属于igbt结温标定，具体地涉及基于自热误差补偿的igbt结温标定方法、系统、设备及介质。

背景技术：

1、igbt（绝缘栅双极型晶体管）作为新能源发电、电动汽车及高压直流输电等领域的核心功率开关器件，其运行可靠性直接关系到整个系统的稳定运行。研究表明，igbt的失效原因主要集中于大电流工作区的热失效，因此对其结温的精确标定成为业界关注的重点。

2、目前，基于大电流下饱和压降的温敏电参数法是应用最广泛的结温监测方法之一。该方法的基本原理在于：igbt在小电流区存在一个结温敏感度极低的“拐点电流”，而在大电流工况下，不仅可以避开该干扰区域，使饱和压降与结温呈现更好的线性关系，还能使饱和压降对结温变化的灵敏度显著提高，从而大幅降低电压测量误差对最终结温计算结果的影响。因此，该方法在实际应用中需要在器件投入运行前进行离线结温标定，即利用外部加热平台将器件加热至设定的基准温度，然后施加测试电流脉冲，测量对应的饱和压降，从而建立饱和压降、集电极电流与结温之间的三维拟合模型。

3、然而，上述标定技术在高电流工况下存在显著缺陷。一方面，在进行大电流脉冲标定时，由于电流建立需要一定的时间，采样延时不可避免。在该脉冲导通期间，igbt会产生巨大的瞬态导通损耗，导致芯片结区产生自热效应，使得实际进行电压采样时，芯片的真实结温已经显著高于外部设定的加热基准温度。另一方面，如果直接使用设定的基准温度进行模型拟合，会将自热产生的温升误差作为系统性偏差引入拟合公式中。在后续的在线监测中，这种携带误差的拟合模型会导致结温计算结果出现严重偏差，且电流等级越大，误差越明显，无法满足高精度结温标定的需求。

4、综上，现有的结温标定拟合方法难以满足igbt高精度标定的需求，其既不能克服自热效应、覆盖高压大电流工作区，也无法真实反映器件结温。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的基于自热误差补偿的igbt结温标定方法、系统、设备及介质，以达到消除自热误差并获取真实结温，从而实现高精度结温标定的目的。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种基于自热误差补偿的igbt结温标定方法，包括步骤：

4、s1、在不同设定温度下向igbt施加不同幅值的集电极电流脉冲，并在每一电流脉冲的采样延时时刻测量对应的饱和压降，从而建立由所述设定温度、所述集电极电流以及所述饱和压降构成的原始标定数据集；

5、s2、根据所述原始标定数据集中的饱和压降与集电极电流，计算igbt在所述采样延时时刻前的发热功率；以及，获取igbt的瞬态热阻曲线，并根据所述采样延时时刻从igbt的瞬态热阻曲线中提取对应的瞬态热阻值；

6、s3、根据所述发热功率和所述瞬态热阻值计算igbt的自热温升，并采用所述自热温升对所述原始标定数据集中的设定温度进行补偿，得到真实结温，以所述真实结温替换所述设定温度，形成补偿后的标定数据集；

7、s4、构建以饱和压降为因变量、以真实结温和集电极电流为自变量的结温标定拟合公式，利用所述补偿后的标定数据集拟合求解所述结温标定拟合公式中的待定参数，完成igbt结温标定。

8、作为一种优选的方案，所述原始标定数据集通过以下方式获取：

9、将待测igbt器件固定于外部加热装置上，加热至所述设定温度并达到热平衡；

10、向所述待测igbt器件施加所述集电极电流脉冲；

11、在所述采样延时时刻同步测量并记录对应的所述饱和压降；

12、遍历多个不同的设定温度值和多个不同的集电极电流值，获得包含多组设定温度、集电极电流和饱和压降的原始标定数据集。

13、作为一种优选的方案，所述瞬态热阻值的提取方式为：

14、从待测igbt器件的数据手册中获取结壳瞬态热阻曲线，根据所述采样延时时刻在所述结壳瞬态热阻曲线的单脉冲曲线上查找或插值计算，得到对应的瞬态热阻值。

15、作为一种优选的方案：

16、所述发热功率等于饱和压降乘以集电极电流；

17、所述自热温升等于发热功率乘以瞬态热阻值；

18、所述真实结温等于设定温度加上自热温升。

19、作为一种优选的方案，所述结温标定拟合公式通过以下方式构建：

20、对igbt导通压降表达式中与温度相关的分式项，在结温为零摄氏度处进行泰勒展开，并截取常数项与一次项作为近似，经参数合并后得到。

21、作为一种优选的方案：

22、采用最小二乘法将所述补偿后的标定数据集代入所述结温标定拟合公式，以饱和压降的计算值与实测值之间的误差平方和最小为目标，多元回归求解出所述结温标定拟合公式中的待定参数。

23、作为一种优选的方案：

24、所述采样延时时刻为百微秒级；

25、所述集电极电流脉冲为单脉冲，且脉冲波形为方波或类方波。

26、第二方面，本发明提供一种基于自热误差补偿的igbt结温标定系统，用于实现如第一方面所述的igbt结温标定方法。

27、第三方面，本发明提供一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器以及计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的igbt结温标定方法。

28、第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的igbt结温标定方法。

29、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

30、1、本发明通过计算单脉冲标定过程中的发热功率，结合器件数据手册中的瞬态热阻曲线定量获取自热温升，将外部设定温度修正为芯片内部的真实结温，从而大幅消除了离线标定阶段大电流工况下的自热系统性误差。与直接使用设定温度进行拟合的现有技术相比，本发明能够将结温标定误差降低数摄氏度，且电流等级越大，精度提升越显著。

31、2、本发明无需增加任何额外的硬件设备，仅基于igbt器件数据手册中已有的结壳瞬态热阻曲线进行计算，对现有的常规单脉冲测试平台具有高度的兼容性。用户无需改造现有测试设备，仅需在数据处理环节增加自热温升补偿步骤，即可显著提升标定精度，实施成本极低。

32、3、本发明从igbt导通压降的物理模型出发，经参数合并、泰勒展开并截取常数项与一次项近似，得到工程可用的多项式拟合公式。相比现有技术中采用普通多项式进行纯数学拟合的方法，本发明的拟合公式每一项均有明确的物理来源，能够更真实地反映导通压降随结温与电流变化的物理规律，标定数据点更贴近igbt的真实物理特性，模型的外推能力和泛化性能更优。

33、进一步地或者更细节的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。

1.一种基于自热误差补偿的igbt结温标定方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述的igbt结温标定方法，其特征在于，所述原始标定数据集通过以下方式获取：

3.根据权利要求1所述的igbt结温标定方法，其特征在于，所述瞬态热阻值的提取方式为：

4.根据权利要求1所述的igbt结温标定方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述的igbt结温标定方法，其特征在于，所述结温标定拟合公式通过以下方式构建：

6.根据权利要求5所述的igbt结温标定方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的igbt结温标定方法，其特征在于：

8.一种基于自热误差补偿的igbt结温标定系统，其特征在于，用于实现如权利要求1至7任一项所述的igbt结温标定方法。

9.一种电子设备，所述电子设备包括存储器、处理器以及计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的igbt结温标定方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一项所述的igbt结温标定方法。