CN115856560A - 一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法和装置 - Google Patents

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CN115856560A CN202211463189.9A CN202211463189A CN115856560A CN 115856560 A CN115856560 A CN 115856560A CN 202211463189 A CN202211463189 A CN 202211463189A CN 115856560 A CN115856560 A CN 115856560A
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程新红
刘天天
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Abstract

本发明涉及一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法和装置，其中，方法包括以下步骤：将功率器件、负载电感和电源进行串接形成回路；采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号；对所述压降信号进行积分，并采用二次函数对积分后的压降信号进行拟合，得到随时间t为变量的二次函数；根据二次函数的系数，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。本发明能够在每一个开关周期独立计算功率器件的寄生参数及漏极电流，且不需要进行温度补偿。

Description

一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法和装置
技术领域
本发明涉及功率器件寄生参数测量技术领域，特别是涉及一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法和装置。
背景技术
功率半导体器件是功率变换***中的关键元件，随着开关速度的提高，功率等级的增加，器件寄生参数的影响越来越大，同时大功率器件电流的精确测量也是一个问题。
因此，准确表征器件的寄生参数，精确测量流过器件的的电流，具有十分重要的意义。目前已有的寄生参数测试方案主要是基于离线式测试，即将器件放置在专门的测试机台上，测试环境与器件实际使用工作环境有较大差异，测试结果可能误差较大。也有一些在线式的测试方案，即检测器件工作过程中的实时寄生参数，但一般检测电路较为复杂。
对于IGBT、MOSFET等功率器件的电流监测，目前也有许多方案。串联感应电阻测流方案精度高，速度快，但在负载电流较大时功耗较大。功率器件内部集成比例电流测量器件集成度高，但成本也较高。罗氏线圈和霍尔传感器可以进行非接触测量，但体积较大。也可以通过栅极电压特征如米勒平台电压值来检测器件漏极电流，但需要针对不同器件提前测试，而且需要温度补偿。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法和装置，能够在每一个开关周期独立计算功率器件的寄生参数及漏极电流，且不需要进行温度补偿。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法，包括以下步骤：
将功率器件、负载电感和电源进行串接形成回路；
采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号；
对所述压降信号进行积分，并采用二次函数对积分后的压降信号进行拟合，得到以时间t为变量的二次函数Vinteg＝at2+bt+c，其中，Vinteg为积分后的压降信号，a、b和c为系数；
根据系数a、b和c，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。
所述寄生电阻通过
Figure SMS_1
计算得到，所述脉冲初始漏极负载电流通过
Figure SMS_2
计算得到，所述寄生电感通过/>
Figure SMS_3
计算得到，其中，RS为寄生电阻，IDS0为脉冲初始漏极负载电流，LS为寄生电感，Vbus为母线电压，Lload为负载电感值。/>
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量装置，包括：
积分器，用于采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号，并对所述压降信号进行积分；
模数转换器，用于将所述积分器输出的模拟信号转换为数字信号；
处理器，用于采用二次函数对数字信号进行拟合处理，得到二次函数的系数a、b和c，并采用二次函数的系数a、b和c，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。
所述处理器通过
Figure SMS_4
计算寄生电阻，通过/>
Figure SMS_5
计算脉冲初始漏极负载电流，通过/>
Figure SMS_6
计算寄生电感，其中，RS为寄生电阻，IDS0为脉冲初始漏极负载电流，LS为寄生电感，Vbus为母线电压，Lload为负载电感值。
有益效果
由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明可以在每一个开关周期独立计算器件的寄生参数及漏极电流，且不需要对计算结果进行温度补偿，本发明还可以基于提取得到的寄生电阻和电感，进一步计算得到器件导通期间的初始漏极负载电流。整个方案可以在硬开关，电流线性变化场景适用。
附图说明
图1是本发明实施方式中功率器件源极寄生参数及漏极电流测量装置的示意图；
图2是本发明实施方式中关键信号波形图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法，包括以下步骤：将功率器件、负载电感和电源进行串接形成回路(见图1)；采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号；对所述压降信号进行积分，并采用二次函数对积分后的压降信号进行拟合，得到随时间t为变量的二次函数；根据二次函数的系数a、b和c，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。
本实施方式的测量方法可以基于图1所示的测量装置实现，该测量装置包括积分器、模数转换器ADC和处理器。
对于图1所示的功率回路，任意时刻流过功率器件的电流如图2所示：(t为每个脉冲开启后的时刻)
Figure SMS_7
其中，Vbus为母线电压，Lload为功率回路负载电感,这两个值在功率回路中为确定的值。任意时刻开尔文源极与功率源极之间的压降为：
Figure SMS_8
以器件开始导通时刻为起点，对VSS进行积分，并进行适当简化近似，有:
Figure SMS_9
分析积分电压表达式可知，串联源极寄生电感和电阻之间的压降积分表达式是关于时间的二次函数，该二次函数的系数表达式包含器件的寄生电阻，寄生电感，以及源漏电流信息。
因此，本实施方式对功率回路寄生源极进行电压积分(在电流脉冲期间)，对积分器输出波形进行采样和拟合，再对拟合的系数进行计算，可以得到器件的寄生电阻，寄生电感和源漏电流。
采用模数转换器ADC读取积分器输出的模拟电压，将读取的积分器电压转换为数字信号。并采用处理器对模数转换器ADC输出的数字信号进行处理计算，采用二次函数对其进行拟合，得到积分器输出的二次函数的系数，进而计算得到可以得到器件的寄生电阻，寄生电感和源漏电流。本实施方式中的处理器可以是MCU,DSP或FPGA等。
设拟合得到的二次函数为：
Vinteg＝at2+bt+c(4)
则联立式(3)和式(4)可以得到RS表达式，LS的二次方程表达式和IDS0的二次方程表达式：
Figure SMS_10
进而可以计算出器件的寄生电阻RS，寄生电感LS，和脉冲初始漏极负载电流IDS0：
Figure SMS_11
本实施方式可以应用于PFC,DCDC等电力电子***中功率器件电流检测，状态监测及保护等领域。
不难发现，本发明可以在每一个开关周期独立计算器件的寄生参数及漏极电流，且不需要对计算结果进行温度补偿，本发明还可以基于提取得到的寄生电阻和电感，进一步计算得到器件导通期间的初始漏极负载电流。整个方案可以在硬开关，电流线性变化场景适用。

Claims (4)

1.一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
将功率器件、负载电感和电源进行串接形成回路；
采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号；
对所述压降信号进行积分，并采用二次函数对积分后的压降信号进行拟合，得到随时间t为变量的二次函数Vinteg＝at2+bt+c，其中，Vinteg为积分后的压降信号，a、b和c为系数；
根据系数a、b和c，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。
2.根据权利要求1所述的功率器件源极寄生参数及漏极电流测量方法，其特征在于，所述寄生电阻通过
Figure FDA0003956187110000011
计算得到，所述脉冲初始漏极负载电流通过/>
Figure FDA0003956187110000012
计算得到，所述寄生电感通过/>
Figure FDA0003956187110000013
计算得到，其中，RS为寄生电阻，IDS0为脉冲初始漏极负载电流，LS为寄生电感，Vbus为母线电压，Lload为负载电感值。
3.一种功率器件源极寄生参数及漏极电流测量装置，其特征在于，包括：
积分器，用于采集功率器件在一个开关周期内的开尔文源极与功率源极之间的压降信号，并对所述压降信号进行积分；
模数转换器，用于将所述积分器输出的模拟信号转换为数字信号；
处理器，用于采用二次函数对数字信号进行拟合处理，得到二次函数的系数a、b和c，并采用二次函数的系数a、b和c，以及母线电压值和负载电感值计算功率器件的寄生电阻、寄生电感和脉冲初始漏极负载电流。
4.根据权利要求1所述的功率器件源极寄生参数及漏极电流测量装置，其特征在于，所述处理器通过
Figure FDA0003956187110000014
计算寄生电阻，通过/>
Figure FDA0003956187110000015
计算脉冲初始漏极负载电流，通过/>
Figure FDA0003956187110000016
计算寄生电感，其中，RS为寄生电阻，IDS0为脉冲初始漏极负载电流，LS为寄生电感，Vbus为母线电压，Lload为负载电感值。/>
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117330839A (zh) * 2023-09-28 2024-01-02 浙江大学 一种基于tmr频率特性的寄生参数非接触提取方法

Cited By (2)

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CN117330839A (zh) * 2023-09-28 2024-01-02 浙江大学 一种基于tmr频率特性的寄生参数非接触提取方法
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