CN110431430B - 用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测装置 - Google Patents

用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110431430B
CN110431430B CN201880018131.9A CN201880018131A CN110431430B CN 110431430 B CN110431430 B CN 110431430B CN 201880018131 A CN201880018131 A CN 201880018131A CN 110431430 B CN110431430 B CN 110431430B
Authority
CN
China
Prior art keywords
chip
state voltage
health monitoring
monitoring device
temperature
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201880018131.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110431430A (zh
Inventor
J·万楚克
J·布兰德雷洛
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN110431430A publication Critical patent/CN110431430A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110431430B publication Critical patent/CN110431430B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/60—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive
    • H02P29/68—Controlling or determining the temperature of the motor or of the drive based on the temperature of a drive component or a semiconductor component
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2607—Circuits therefor
    • G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2801—Testing of printed circuits, backplanes, motherboards, hybrid circuits or carriers for multichip packages [MCP]
    • G01R31/281—Specific types of tests or tests for a specific type of fault, e.g. thermal mapping, shorts testing
    • G01R31/2817—Environmental-, stress-, or burn-in tests
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/40—Testing power supplies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2642—Testing semiconductor operation lifetime or reliability, e.g. by accelerated life tests

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Measurement Of Current Or Voltage (AREA)

Abstract

一种多芯片健康监测装置(10)：‑在由芯片群(17a、17b)提供给负载(Mo)的给定电流处，将芯片中的一个芯片设置为非导通状态(NCS)；‑当该芯片处于NCS时，获得表示该芯片的温度的信号并确定该芯片的温度；‑当该芯片处于NCS时，获得表示该芯片的接通状态电压(OSV)的信号并确定该芯片的OSV；‑在多芯片健康监测装置(10)的存储器中存储的表中取得与该给定电流和该芯片的所确定温度对应的OSV；‑如果该芯片的所确定OSV与所取得的OSV之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换该多芯片功率模块(15)。

Description

用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测 装置
技术领域
本发明总体上涉及用于控制多芯片功率模块的健康的方法以及多芯片健康监测装置。
背景技术
在电力电子领域中，一些器件被认为是脆弱部件，功率模块就属于脆弱部件。
高功率变换器***由多芯片功率模块组成以满足负载的需求。多芯片功率模块经常在正常运行时间关键应用(即，开采或列车牵引驱动***)中找到，在这些应用中，为了避免停机，在维护期间进行功率部件的定期更换。在这种多芯片功率模块中，测量芯片的健康状态是困难的，因为没有机会中断负载来执行各种参数的测量。
像IGBT的功率芯片的健康状态通常反映在接通状态电压与未老化初始值相比的偏差中。接通状态电压不仅依赖于芯片的使用年限，接通状态电压还依赖于电流和温度。接通状态电压与温度变化之间的相关系数依赖于流过芯片的电流的大小。
发明内容
技术问题
本发明的目的在于允许可靠且实现简单的、多芯片功率模块的芯片的健康的确定。
技术方案
为此，本发明涉及一种用于控制包括多个芯片的多芯片功率模块的健康的方法，多芯片健康监测装置接收输入信号并驱动多芯片功率模块的芯片，多芯片功率模块的至少一个芯片群向负载提供电流，该方法的特征在于：方法由多芯片健康监测装置执行，并且包括以下步骤：
-在由芯片群提供给负载的给定电流处，将芯片群的一个芯片设置为非导通状态；
-当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的温度的信号并确定芯片的温度；
-当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的接通状态电压的信号并确定芯片的接通状态电压；
-在多芯片健康监测装置的存储器中存储的表中取得与给定电流和芯片的所确定温度对应的接通状态电压；
-如果芯片的所确定的接通状态电压与所取得的接通状态电压之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换多芯片功率模块。
本发明还涉及一种用于控制包括多个芯片的多芯片功率模块的健康的多芯片健康监测装置，多芯片健康监测装置接收输入信号并驱动多芯片功率模块的芯片，多芯片功率模块的至少一个芯片群向负载提供电流，该多芯片健康监测装置的特征在于：多芯片健康监测装置包括：
-用于在由芯片群提供给负载的给定电流处，将芯片群的一个芯片设置为非导通状态的单元；
-用于当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的温度的信号并确定芯片的温度的单元；
-用于当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的接通状态电压的信号并确定芯片的接通状态电压的单元；
-用于在多芯片健康监测装置的存储器中存储的表中取得与给定电流和芯片的所确定温度对应的接通状态电压的单元；
-用于如果芯片的所确定的接通状态电压与所取得的接通状态电压之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换多芯片功率模块的单元。
由此，在没有另外传感器的情况下在功率模块操作期间主动监测多芯片功率模块的健康状态，这使得预防性维护更容易。
根据特定特征，预定值等于所取得接通状态电压的20％。
由此，可以在故障出现之前更换功率模块，这避免由老化引起的灾难性故障。
根据特定特征，表示芯片的温度的信号和表示芯片的接通状态电压的信号通过向芯片的栅极提供电流来获得。
由此，获取一个芯片的温度和接通状态电压仅需要可以容易地集成到多芯片功率模块的栅极驱动器中的一个电路，这降低成本。此外，没有到多芯片功率模块包装或到所述多芯片功率模块装置的功率端子的接近是必要的。因此，不修改功率变换器的设计。
根据特定特征，表示芯片的温度的信号是在第一预定持续时间期间通过对芯片的内部栅极电阻值的测量而获得的，并且表示芯片的接通状态电压的信号是在第一时间段随后的第二时间段期间通过对芯片的等效电容值的测量而获得的。
由此，独立于负载条件获得芯片的温度，并且接通状态电压直接相关于结温，这避免了专用于解耦接通状态电压和芯片温度的相互依赖的复杂校准方法。
根据特定特征，对于芯片群的各芯片顺序执行方法。
由此，在各基本电气循环中的相同瞬间监测芯片群的各芯片的健康状态，并且芯片群的各芯片可以共享相同测量电路，这了降低成本。
根据特定特征，多芯片功率模块包括多个芯片，并且对于各芯片群执行方法。
由此，总是关于负载条件在各芯片群的相同操作点监测功率模块的健康状态，这避免复杂计算。此外，可以独立于各群中的芯片的数量更新健康状态。
根据特定特征，给定电流值被包括在提供给负载的峰值电流值的+/-15％之间。
由此，使测量一个芯片的健康状态的影响最小化，并且不修改功率模块的操作点。本发明的特性将从示例实施方式的以下描述的阅读更清楚地显现，所述描述参照附图来产生。
附图说明
[图1]图1表示根据本发明的包括多芯片功率模块和多芯片健康监测装置的***的示例。
[图2]图2表示根据本发明的包括功率芯片的温度感测装置和接通状态电压感测装置的放大器的示例。
[图3a]图3a表示根据本发明的多芯片健康监测装置的第一部分的架构的示例。
[图3b]图3b表示根据本发明的多芯片健康监测装置的第二部分的架构的示例。
[图4]图4表示根据本发明的由多芯片功率模块提供给负载的信号和用于确定一个芯片的温度和健康的时刻的示例。
[图5]图5表示根据本发明的栅极电流注入装置、电压测量以及芯片的模型的等效电路。
[图6]图6表示芯片的栅极的输入处的等效输入电容器的变型例。
[图7]图7表示根据本发明的(a)在向芯片的栅极提供电流时的芯片的栅极的输入处的电压的变化、和(b)为了确定一个芯片的温度和健康而由多芯片健康监测装置生成的信号的计时图的示例。
[图8]图8表示根据本发明的用于确定一个芯片的温度和健康的算法的示例。
具体实施方式
图1表示根据本发明的、包括多芯片功率模块和多芯片健康监测装置的***的示例。
多芯片功率模块15包括被标记为D1,1、D1,2至DN,1至DN,2的2*N个芯片。
多芯片健康监测装置10接收输入信号IN，并且借助各放大器1101,1、1101,2至110N,1至110N,2驱动芯片D1,1、D1,2至DN,1至DN,2。放大器1101,1、1101,2至110N,1至110N,2还包括芯片温度和接通状态电压感测装置。
多芯片功率模块15包括被标记为17a和17b的两个芯片群。第一芯片群17a包括芯片D1,1至DN,1。第二芯片群17b包括芯片D1,2至DN,2。芯片D1,1至DN,1的集电极并联到电源DC的正极端子，并且芯片D1,1至DN,1的发射极分别连接到芯片D1,2至DN,2的集电极。芯片D1,2至DN,2的发射极并联到电源DC的负极端子。芯片D1,1、D1,2至DN,1至DN,2向负载Mo供电。负载Mo在图1的示例中是马达，并且信号C1、C2以及C3向马达Mo供电。
对于各芯片D1,1、D1,2至DN,1至DN,2，为了清楚起见而在图1中未示出的二极管连接在芯片的发射极与集电极之间。更准确来说，二极管的阳极连接到芯片的发射极，并且二极管的阴极连接到芯片的集电极。
根据本发明，通过在芯片处于非导通状态时向芯片的栅极注入电流来在单脉宽调制循环中确定表示芯片的温度的信号和表示接通状态电压的信号。在提供给负载的信号的给定电流值处确定的、表示芯片的温度的信号和表示接通状态电压的信号用于确定芯片的健康。
表示芯片的温度的信号和表示接通状态电压的信号根据内部栅极电阻测量技术来导出。
芯片的内部栅极电阻R可以近似为R＝a*T+b，其中，a和b是常数，b>>a，并且T是芯片的温度。
多芯片健康监测装置10分别向包括芯片温度感测装置和接通状态电压感测装置的各放大器提供电流I1,1、I1,2至IN,1至IN,2。
多芯片健康监测装置10顺序启动用测量信号M1,1、M1,2至MN,1至MN,2进行的电流在芯片D1,1、D1,2至DN,1至DN,2的栅极中的注入。
第一健康监测模块20a向包括温度感测装置和接通状态电压1101,1至110N,1的放大器提供脉宽调制信号PW1,1至PWN,1、测量信号M1,1至MN,1。包括温度感测装置和接通状态电压1101,1至110N,1的放大器向芯片D1,1至DN,1提供信号S1,1至SN,1。第一健康监测模块20a接收表示芯片D1,1至DN,1的温度和表示芯片D1,1至DN,1的接通状态电压的信号Vg1,1至VgN,1。
第一健康监测模块20a包括模数转换器，该模数转换器为了对信号Vg1,1至VgN,1采样而在两个预定时刻触发。
第二健康监测模块20b向包括温度感测装置和接通状态电压1101,2至110N,2的放大器提供脉宽调制信号PW1,2至PWN,2、测量信号M1,2至MN,2。包括温度感测装置和接通状态电压1101,2至110N,2的放大器向芯片D1,2至DN,2提供信号S1,2至SN,2。
第二健康监测模块20b接收表示芯片D1,2至DN,2的温度和表示芯片D1,2至DN,2的接通状态电压的信号Vg1,2至VgN,2。
第二健康监测模块20b包括模数转换器，该模数转换器为了对信号Vg1,2至VgN,2采样而在两个预定时刻触发。
多芯片健康监测装置10为了指示需要更换多芯片功率模块而包括通知装置Not。
根据本发明，多芯片健康监测装置：
-在由芯片群提供给负载的给定电流处，将芯片群的一个芯片设置为非导通状态；
-当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的温度的信号并确定芯片的温度；
-当芯片处于非导通状态时，获得表示芯片的接通状态电压的信号并确定芯片的接通状态电压；
-在多芯片健康监测装置的存储器中存储的表中取得与给定电流和芯片的所确定温度对应的接通状态电压；
-如果芯片的所确定的接通状态电压与所取得的接通状态电压之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换多芯片功率模块。
图2表示根据本发明的、包括功率芯片的温度感测装置和接通状态电压感测装置的放大器的示例。
由包括温度和接通状态电压感测装置110n,m(n＝1至N，并且m＝1至2)的放大器接收的脉宽调制信号PWn,m提供给与逻辑门&的第一输入。
由包括温度和接通状态电压感测装置110n,m(n＝1至N，并且m＝1至2)的放大器接收的测量信号Mn,m提供给与逻辑门&的第二输入。
与逻辑门&的输出被提供给晶体管T1n,m和T2n,m的栅极。
晶体管T1n,m的漏极连接到正电源Vdd，T1n,m的源极连接到电阻器R1n,m的第一端子。电阻器R1n,m的第二端子连接到芯片Dn,m的栅极。
晶体管T2n,m的源极连接到电阻器R2n,m的第一端子。电阻器R2n,m的第二端子连接到芯片Dn,m的栅极并提供信号Sn,m。
晶体管T2n,m的漏极连接到晶体管T3n,m的漏极和二极管Din,m的阳极。电压Vgn,m依赖于芯片Dn,m的内部栅极电阻值，该值根据芯片Dn,m的温度在第一时间段内变化，并且根据芯片Dn,m的接通状态电压在第一时间段随后的第二时间段内变化。
晶体管T3n,m的源极连接到负电源Vss。
启动芯片Dn,m温度和接通状态电压的测量的信号Mn,m提供给晶体管T3n,m的栅极。
提供给包括温度和接通状态电压感测装置110n,m的放大器的电流In,m被提供给二极管Din,m的阳极。
二极管Din,m的阴极连接到电压Vclamp，该电压限制电压Vgn,m。电压Vgn,m被提供给被包括在多芯片健康监测装置10的I/O接口中的模数转换器的输入。
图3a表示根据本发明的多芯片健康监测装置的第一部分的架构的示例。
多芯片健康监测装置的第一部分是第一健康监测模块20a。
第一健康监测模块20a例如具有基于由总线301连接在一起的部件和受如图8公开的程序控制的处理器300的架构。
总线301将处理器300连接到只读存储器ROM 302、随机存取存储器RAM 303以及输入输出接口I/O IF 305。
存储器303包含寄存器，这些寄存器旨在接收与如图8公开的算法有关的程序的变量和指令。
处理器300借助输入输出I/O IF 305接收芯片Dn,m(n＝1至N，并且m＝1)的电压Vgn,m、输入信号IN，并且输出芯片Dn,m(n＝1至N，并且m＝1)的脉宽调制信号Pwn,m、测量信号Mn,m(n＝1至N，并且m＝1)以及电流In,m(n＝1至N，并且m＝1)。
只读存储器(或可以为闪存)302包含与如图8公开的算法有关的程序的指令，这些指令在第一健康监测模块20a通电时与随机存取存储器303有关。
第一健康监测模块20a可以通过由可编程计算机(诸如PC(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令或程序在软件中实现，或由机器或专用部件(诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))在硬件中实现。
换言之，第一健康监测模块20a包括电路或包括电路的装置，该电路或装置使得第一健康监测模块20a能够执行与如图8所公开的算法有关的程序。
图3b表示根据本发明的多芯片健康监测装置的第二部分的架构的示例。
多芯片健康监测装置的第二部分是第二健康监测模块20b。
第二健康监测模块20b例如具有基于由总线351连接在一起的部件和受如图8公开的程序控制的处理器350的架构。
总线351将处理器350联系到只读存储器ROM 352、随机存取存储器RAM 353以及输入/输出接口I/O IF 355。
存储器353包含寄存器，这些寄存器旨在接收与如图8公开的算法有关的程序的变量和指令。
处理器350借助输入输出I/O IF 355接收芯片Dn,m(n＝1至N，并且m＝2)的电压Vgn,m、输入信号IN，并且输出芯片Dn,m(n＝1至N，并且m＝2)的脉宽调制信号Pwn,m、测量信号Mn,m(n＝1至N，并且m＝2)以及电流In,m(n＝1至N，并且m＝2)。
只读存储器(或可以为闪存)包含与如图8公开的算法有关的程序的指令，这些指令在第二健康监测模块20b通电时与随机存取存储器353有关。
第二健康监测模块20b可以通过由可编程计算机(诸如PC(个人计算机)、DSP(数字信号处理器)或微控制器)执行一组指令或程序在软件中实现，或由机器或专用部件(诸如FPGA(现场可编程门阵列)或ASIC(专用集成电路))在硬件中实现。
换言之，第二健康监测模块20b包括电路或包括电路的装置，该电路或装置使得第二健康监测模块20b能够执行与如图8所公开的算法有关的程序。
图4表示根据本发明的、由多芯片功率模块提供给负载的信号和用于一起确定一个芯片的温度和健康的时刻的示例。
图4中示出了被提供给负载Mo的信号C1、C2以及C3。
多芯片功率模块15的特定芯片并联，以向负载Mo提供足够的电流。假设负载需要有至少两个并联的芯片，如图4所示，各芯片用由多芯片健康监测装置10提供的脉宽调制信号来驱动。在测量期间，保持并联芯片中的一个断开。为了减轻使一个并联芯片不操作的影响，将测量电流In,m注入到并联芯片中的一个中的时刻可以发生在一个相位电流接近零的位置，如在被标记为Tmeans的区域所示。作为示例，在三相马达驱动***中，用于测量的有效区域可以是电流的过零周围的最大电流值的+/-15％。
图5表示根据本发明的栅极电流注入装置、电压测量以及芯片的模型的等效电路。
电流源In,m应用在芯片Dn,m的发射极与栅极电阻器R2n,m的第一端子之间。
电阻器R2n,m的第二端子连接到芯片Dn,m的等效内部栅极电阻器Rn,m的第一端子，等效内部栅极电阻器Rn,m的第二端子连接到在芯片Dn,m的栅极与集电极之间的电容器Cgcn,m的第一端子和在芯片Dn,m的栅极与发射极之间的电容器Cgen,m的第一端子。
电容器Cgcn,m的第二端子连接到芯片Dn,m的集电极。
电容器Cgen,m的第二端子连接到芯片Dn,m的发射极。
在测量期间，芯片Dn,m不导通，并且并联的所有其他芯片导通。电压Vcen,m是芯片Dn,m的集电极与发射极之间的电压。
当芯片Dn,m处于断开状态(即，不导通)时，芯片的栅极可以被建模为等效输入电容器Ciesn,m，该电容器的值等于Cies＝Cgcn,m+Cgen,m。电流In,m注入到栅极端子，并且栅极电压与等效电容器Ciesn,m的电荷的累积对应地开始增大。在栅极的输入处的电压低于导通阈值，并且可以根据以下算式在时间tmeas之后确定：
Figure GDA0002200838240000081
可以看到，栅极电压不仅依赖于对输入电容Ciesn,m充电耗费的时间，还依赖于芯片Dn,m的温度和集电极-发射极电压Vcen,m。集电极-发射极电压Vcen,m对应于并联的接通状态芯片的接通状态电压。
具体地，输入电容Ciesn,m是集电极-发射极电压的函数，但此外，如由以下算式所示的，集电极-发射极电压本身不仅是温度的函数，还是集电极电流的函数：
Figure GDA0002200838240000091
其中，IGBT的总串联集电极和发射极电阻被表示为RCE，并且IGBT的饱和电压被表示为Vce,sat。
输入电容Cies与集电极-发射极电压之间的关系被公开到图6中。
图6表示芯片的栅极的输入处的等效输入电容器的变型例。
纵轴表示单位为纳法的电容值，并且横轴表示单位为伏特的集电极到发射极电压。
被标记为60的曲线表示等效电容器Cies的电容值。
曲线60在饱和电压Vce,sat以上具有两个主段。当栅极-集电极电压显著高于饱和电压时，电容器Cies对电压的依赖性低，如被标记为65的部分所示。然而，当栅极-集电极电压接近饱和电压或处于与饱和电压相同的数量级时，电容器Cies值如被标记为62的部分所示的受栅极-集电极电压显著影响。因为电容Cgcm,n被并联的芯片的Vcen,m电压偏置，所以电压Vgn,m对于不同的Vcen,m值不同地发展，如可以在图7的区域(a)中看到的。
在图7中，区域(a)表示根据本发明的、在向芯片的栅极提供电流时的芯片的栅极的输入处的电压的变化。
横轴表示单位为微秒的时间，并且纵轴表示单位为伏特的芯片Dn,m的栅极到发射极的电压。
被标记为70的曲线表示对于2伏特的集电极到发射极电压的、芯片Dn,m的栅极到发射极电压的变化。
被标记为72的曲线表示对于0.5伏特的集电极到发射极电压的、芯片Dn,m的栅极到发射极电压的变化。
被标记为75的曲线表示对于0伏特的集电极到发射极电压的、芯片Dn,m的栅极到发射极电压的变化。
本发明利用这种特性，以在给定时间之后不久经由测量电流注入获得表示芯片Dn,m的温度的信号，使得测量发生在与图6中的部分65对应的被标记为PTemp的时间段期间，并且在另一个已定义的时间段之后，以在对应于图6中的部分62的被标记为PVce的时间段期间获得表示接通状态电压测量的信号。
图7的区域(b)表示根据本发明的、由用于一起确定一个芯片的温度和健康的多芯片健康监测装置生成的信号的计时图的示例。
图7的区域(b)表示由多芯片健康控制器10传递到包括温度和接通状态电压感测装置110n,m的放大器的脉宽调制信号PWn,m和测量信号Mn,m。
多芯片健康监测装置10由信号ADC命令第一健康监测模块20a或第二健康监测模块20b的模数转换器第一次对信号Vgn,m采样，以获得表示芯片Dn,m温度的信号，并且第二次对信号Vgn,m采样，以获得表示芯片Dn,m接通状态电压的信号。
图8表示根据本发明的、用于确定一个芯片的温度和健康的算法的示例。
本算法由多芯片健康监测装置10的处理器300或350来执行。
本算法将在它由多芯片健康监测装置10的处理器300执行的示例中公开。
在步骤S900处，处理器300检查由(例如信号C1的)相位提供给负载Mo的电流是否低于预定阈值，例如，接近零。
如果由信号C1的相位提供给负载Mo的电流低于预定阈值，则处理器300移动至步骤S901，并且选择向负载Mo提供信号C1的一个芯片Dm,n。
在步骤S901处，处理器300命令I/O接口生成测量信号Mn,m，并且等待预定时间段t1，该时间段被定义为使模数转换器实现稳定输出的最小设置时间，例如，持续时间PTemp的一半。
在步骤S902处，处理器300触发模数转换器第一次对信号Vgn,m采样。该电压基于Vgn,m与T之间的简单线性关系可以与温度关联，即，Vgn,m(t1)＝k1*T，其中，k1是线性系数。
在步骤S903处，处理器300存储样本。
在步骤S904处，处理器等待直到时间段PVce开始为止的持续时间t2。PVce的开始可以经由以下算式来确定：
Figure GDA0002200838240000101
其中，Vpart2是在图6的输入电容曲线上的区域62中的电压，在区域的端附近选择，以使测量准确度最大化但安全地在芯片的阈值电压以下，并且Vss是放大器110的电源的最低参考电压。注意，发射极电势是地，并且在现有技术栅极驱动器电源中，电源电压Vss低于该参考。作为示例，如果Vss＝-5V，则Vpart2可以被选择为0.5V。
在步骤S905处，处理器300触发模数转换器第二次对信号Vgn,m采样。电压基于Vgn,m与Vce之间的简单线性关系可以与接通状态电压关联，即，Vgn,m(t2)＝k2*Vce，其中，k2是线性系数。
在步骤S906处，处理器300存储样本。
在步骤S907处，处理器300将在步骤S903和S906处存储的样本与在RAM存储器303中存储的表的值进行比较。
该表包括在多芯片功率模块15的制造之后定义的、与不同温度T关联的多个健康接通状态电压Vce。该表是通过在校准阶段期间相对于温度测量接通状态电压Vce而建立的。作为示例，该校准阶段可以在由多芯片功率模块15供应商制造多芯片功率模块15之后执行。
使用步骤S903处的所确定温度，将对于该温度在表中存储的对应接通状态电压Vce与步骤S907处的所测量接通状态电压进行比较。
在步骤S908处，处理器300检查表中存储的接通状态电压Vce与所测量的接通状态电压之间的差是否等于或高于在表中存储的接通状态电压的20％。
如果在表中存储的接通状态电压Vce与所测量的接通状态电压之间的差等于或高于在表中存储的接通状态电压的20％，则处理器300移动至步骤S909。
否则，处理器300返回到步骤S900。
在步骤S909处，处理器300命令通知单元指示需要更换多芯片功率模块。
当然，可以在不偏离本发明的范围的情况下对上述的本发明的实施方式进行许多修改。

Claims (11)

1.一种用于控制包括多个芯片的多芯片功率模块的健康的方法，多芯片健康监测装置接收输入信号并驱动所述多芯片功率模块的所述芯片，所述多芯片功率模块的至少一个芯片群向负载提供电流，其中，所述方法由所述多芯片健康监测装置执行，并且包括以下步骤：
在由所述芯片群提供给所述负载的给定电流处，将所述芯片群的一个芯片设置为非导通状态；
当该芯片处于所述非导通状态时，获得表示该芯片的温度的信号并确定该芯片的所述温度；
当该芯片处于所述非导通状态时，获得表示该芯片的接通状态电压的信号并确定该芯片的所述接通状态电压作为第一接通状态电压；
在所述多芯片健康监测装置的存储器中存储的表中取得与所述给定电流和该芯片的所确定温度对应的接通状态电压作为第二接通状态电压；
如果该芯片的所述第一接通状态电压与所述第二接通状态电压之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换所述多芯片功率模块。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述预定值等于所述第二接通状态电压的20％。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过向所述芯片的栅极提供电流来获得表示该芯片的温度的信号和表示该芯片的接通状态电压的信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，表示该芯片的温度的信号是在第一预定持续时间期间通过对从该芯片的内部栅极电阻值的测量而获得的，并且表示该芯片的接通状态电压的所述信号是在第一时间段随后的第二时间段期间通过对该芯片的等效电容值的测量而获得的。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，对于所述芯片群的各芯片顺序执行所述方法。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多芯片功率模块包括多个芯片，并且对于各芯片群执行所述方法。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述给定电流值被包括在提供给所述负载的峰值电流值的+/-15％之间。
8.一种用于控制包括多个芯片的多芯片功率模块的健康的多芯片健康监测装置，所述多芯片健康监测装置接收输入信号并驱动所述多芯片功率模块的芯片，所述多芯片功率模块的至少一个芯片群向负载提供电流，其中，所述多芯片健康监测装置包括：
用于在由所述芯片群提供给所述负载的给定电流处，将所述芯片群的一个芯片设置为非导通状态的单元；
用于当所述芯片处于所述非导通状态时，获得表示所述芯片的温度的信号并确定所述芯片的所述温度的单元；
用于当所述芯片处于所述非导通状态时，获得表示所述芯片的接通状态电压的信号并确定所述芯片的所述接通状态电压作为第一接通状态电压的单元；
用于在所述多芯片健康监测装置的存储器中存储的表中取得与所述给定电流和所述芯片的所述所确定温度对应的接通状态电压作为第二接通状态电压的单元；
用于如果所述芯片的所述第一接通状态电压与所述第二接通状态电压之间的差等于或高于预定值，则通知需要更换所述多芯片功率模块的单元。
9.根据权利要求8所述的多芯片健康监测装置，其中，所述预定值等于所述第二接通状态电压的20％。
10.根据权利要求9所述的多芯片健康监测装置，其中，表示该芯片的温度的所述信号和表示该芯片的接通状态电压的所述信号通过向所述芯片的栅极提供电流来获得。
11.根据权利要求10所述的多芯片健康监测装置，其中，表示该芯片的温度的所述信号在第一预定持续时间期间从所述芯片的内部栅极电阻值的测量获得，并且表示该芯片的接通状态电压的所述信号在第一时间段随后的第二时间段期间从该芯片的等效电容值的测量获得。
CN201880018131.9A 2017-03-31 2018-03-07 用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测装置 Active CN110431430B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17164258.0A EP3382407B1 (en) 2017-03-31 2017-03-31 Method for controlling the health of a multi-die power module and a multi-die health monitoring device
EP17164258.0 2017-03-31
PCT/JP2018/009831 WO2018180474A1 (en) 2017-03-31 2018-03-07 Method for controlling health of multi-die power module and multi-die health monitoring device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110431430A CN110431430A (zh) 2019-11-08
CN110431430B true CN110431430B (zh) 2021-08-24

Family

ID=58578825

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880018131.9A Active CN110431430B (zh) 2017-03-31 2018-03-07 用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US10886871B2 (zh)
EP (1) EP3382407B1 (zh)
JP (1) JP6712093B2 (zh)
CN (1) CN110431430B (zh)
WO (1) WO2018180474A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3691098A1 (de) * 2019-01-30 2020-08-05 Siemens Aktiengesellschaft Bestimmen einer noch verbleibenden bestimmungsgemässen nutzbarkeit eines halbleitermoduls
EP3705900B1 (en) * 2019-03-07 2021-08-25 Mitsubishi Electric R & D Centre Europe B.V. A method and a device for monitoring the connections of semiconductors of a power module
CN114563729B (zh) * 2022-04-27 2022-07-12 浙江浙能能源服务有限公司 一种pcr检测仪电源故障快速定位更换装置
US11889246B1 (en) 2022-07-05 2024-01-30 Infineon Technologies Ag Electronic device and electronic system that receives and processes telemetry information
CN116736090B (zh) * 2023-08-16 2023-11-07 深圳市南方硅谷半导体股份有限公司 一种临界点不良芯片的测试方法、装置及存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101101886A (zh) * 2006-06-05 2008-01-09 松下电器产业株式会社 半导体检查装置及半导体集成电路的检查方法
EP3109649A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-28 Abb Oy Aging determination of power semiconductor device in electric drive system
CN106324465A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 瑞萨电子株式会社 半导体装置和故障检测方法
CN107315138A (zh) * 2016-04-21 2017-11-03 深圳市智鼎自动化技术有限公司 功率mosfet的故障预测和健康处理方法及测试***

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8976561B2 (en) * 2012-11-14 2015-03-10 Power Integrations, Inc. Switch mode power converters using magnetically coupled galvanically isolated lead frame communication
US10495519B2 (en) * 2015-06-25 2019-12-03 Abb Schweiz Ag Temperature estimation in power semiconductor device in electric drive system
KR102386205B1 (ko) * 2015-08-05 2022-04-13 삼성디스플레이 주식회사 어레이 테스트 장치 및 어레이 테스트 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101101886A (zh) * 2006-06-05 2008-01-09 松下电器产业株式会社 半导体检查装置及半导体集成电路的检查方法
EP3109649A1 (en) * 2015-06-25 2016-12-28 Abb Oy Aging determination of power semiconductor device in electric drive system
CN106324465A (zh) * 2015-06-30 2017-01-11 瑞萨电子株式会社 半导体装置和故障检测方法
CN107315138A (zh) * 2016-04-21 2017-11-03 深圳市智鼎自动化技术有限公司 功率mosfet的故障预测和健康处理方法及测试***

Also Published As

Publication number Publication date
EP3382407B1 (en) 2019-10-23
WO2018180474A1 (en) 2018-10-04
US20200021235A1 (en) 2020-01-16
JP2019536408A (ja) 2019-12-12
US10886871B2 (en) 2021-01-05
EP3382407A1 (en) 2018-10-03
JP6712093B2 (ja) 2020-06-17
CN110431430A (zh) 2019-11-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110431430B (zh) 用于控制多芯片功率模块的健康的方法和多芯片健康监测装置
CN108770363B (zh) 用于确定半导体功率模块的芯片的结的温度的方法和装置
EP2933646A1 (en) Precision measurement of voltage drop across a semiconductor switching element
CN107850630A (zh) 电流检测电路
JP6961093B2 (ja) マルチダイパワーモジュールを監視する装置及び方法
JP2013258778A (ja) パワーデバイス制御回路およびそれを用いたｉｐｍ
CN113125930A (zh) 一种用于半导体功率电子器件可靠性测试的装置
US9719860B2 (en) Power device temperature monitor
US11388845B2 (en) Multi-die temperature control device and method for controlling temperature of multi-die power module
CN112114237B (zh) 基于门极电荷变化的igbt模块内部缺陷监测方法及电路
JP6264160B2 (ja) 半導体物理量センサ装置
JPWO2019058490A1 (ja) スイッチング素子制御回路及びパワーモジュール
US10734989B2 (en) Electronic circuit
US11671005B2 (en) Dead time control in a switching cell
US20160313755A1 (en) Integrated electronic device including a temperature transducer
CN111448747B (zh) 功率模块
CN107634640B (zh) 半导体装置
US20210072297A1 (en) Electronic circuit
CN116593852A (zh) 一种用于功率半导体器件的导通电压在线测量电路及方法
CN117434410A (zh) 一种易于拓展的功率器件导通压降在线测量电路
CN116008760A (zh) 短路检测电路
CN116470780A (zh) 用于检测逆变器的晶体管的特征运行参数的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant