结温测量方法、装置、设备、存储介质和程序产品

1.本技术涉及芯片测量技术领域，特别是涉及一种结温测量方法、装置、设备、存储介质和程序产品。


背景技术：

2.绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolar transistor，igbt)模块由igbt芯片与续流二极管(freewheeling diode，fwd)芯片封装而成。芯片结温是igbt模块寿命预测、热管理设计、可靠性评估以及健康度监测的重要参量，实时监测芯片结温对提高igbt模块所在系统的可靠性具有重要意义。
3.目前常采用负载电流下饱和压降法，即建立负载电流、饱和压降以及结温之间的校准关系，根据校准关系确定igbt模块中芯片的结温。
4.然而，由于饱和压降在校准阶段和实际工作阶段存在测量误差，因此校准关系也存在误差，导致基于校准关系确定的芯片结温的准确率也较低。


技术实现要素：

5.本技术提供一种结温测量方法、装置、设备、存储介质和程序产品，能够基于负载电流、准关断电流以及结温之间的校准关系确定igbt芯片的结温，基于负载电流、反向恢复电流以及结温之间的校准关系确定fwd芯片的结温，避免饱和压降带来的测量误差，提高结温测量的准确率。
6.第一方面，本技术提供了一种结温测量方法。该方法包括：
7.获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
8.根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
9.根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
10.在其中一个实施例中，获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流，包括：获取待测量芯片的输出电流；根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
11.在其中一个实施例中，准关断电流的确定过程包括：提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。
12.在其中一个实施例中，反向恢复电流的确定过程包括：根据输出电流确定过冲电流；根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
13.在其中一个实施例中，负载电流的确定过程包括：根据输出电流的峰值确定负载电流。
14.在其中一个实施例中，第一校准关系的确定过程包括：获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，
根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
15.在其中一个实施例中，第二校准关系的确定过程包括：获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
16.在其中一个实施例中，根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系，包括：建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系；采用预设算法确定待定参数的目标值；将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
17.在其中一个实施例中，采用预设算法确定待定参数的目标值，包括：以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数；采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和；若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
18.第二方面，本技术还提供了一种结温测量装置。该装置包括：
19.获取模块，用于获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
20.第一确定模块，用于根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
21.第二确定模块，用于根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
22.第三方面，本技术还提供了一种计算机设备。该计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：
23.获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
24.根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
25.根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
26.第四方面，本技术还提供了一种计算机可读存储介质。该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以下步骤：
27.获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
28.根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
29.根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
30.第五方面，本技术还提供了一种计算机程序产品。该计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
31.获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
32.根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
33.根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
34.本技术提供一种结温测量方法、装置、设备、存储介质和程序产品，可以基于负载电流、准关断电流以及结温之间的校准关系确定igbt芯片的结温，基于负载电流、反向恢复电流以及结温之间的校准关系确定fwd芯片的结温，避免了基于饱和压降建立的校准关系带来的测量误差，提高结温测量的准确率。而且，本技术采用的参数不受igbt模块老化的影响，进一步提高了结温测量的准确率。
附图说明
35.图1为一个实施例中结温测量方法的流程示意图；
36.图2为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
37.图3为一个实施例中结温测量方法的测试电路示意图；
38.图4为一个实施例中输出电流的波形图；
39.图5为一个实施例中输出电流的下降沿示意图；
40.图6为一个实施例中输出电流的另一下降沿示意图；
41.图7为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
42.图8为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
43.图9为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
44.图10为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
45.图11为一个实施例中结温测量方法的另一流程示意图；
46.图12为一个实施例中igbt芯片的参数关系示意图；
47.图13为一个实施例中igbt芯片的另一参数关系示意图；
48.图14为一个实施例中igbt芯片的另一参数关系示意图；
49.图15为一个实施例中fwd芯片的参数关系示意图；
50.图16为一个实施例中fwd芯片的另一参数关系示意图；
51.图17为一个实施例中fwd芯片的另一参数关系示意图；
52.图18为一个实施例中不同老化程度下igbt芯片的输出电流的波形图；
53.图19为一个实施例中不同老化程度下fwd芯片的输出电流的波形图；
54.图20为一个实施例中igbt模块示意图；
55.图21为一个实施例中结温测量装置的结构框图；
56.图22为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
57.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
58.近年来，高压大功率电力电子模块被广泛的应用到新能源发电和柔性直流输电等领域，电力电子装置安全可靠运行对电力系统十分重要，而功率模块是电力电子装置中的薄弱环节。功率模块通常包含多个igbt芯片和fwd芯片，芯片结温(电子设备中半导体的实
际工作温度)是功率模块寿命预测、热管理设计、可靠性评估以及健康度监测的重要参量，实时监测功率模块芯片结温对提高系统可靠性具有重要意义。
59.目前芯片结温监测主要有四种方法：物理接触法，光学测量法，热网络模型法和温敏电参数法，其中热网络模型法和温敏电参数法较适合现场应用。热网络模型法通过数据手册、试验，有限元仿真等方法建立对应的热网络模型，进行结温预测，但是热网络模型建立复杂，需要考虑芯片间热耦合作用，并且影响因素较多。温敏电参数法利用建立的模块电气参数与结温的校准关系，测量运行过程中的电气参数从而实时监测结温，该方法无需打开模块封装并且响应速度快，具备芯片结温实时监测的能力，是目前研究的热点。
60.其中，负载电流下饱和压降法是温敏电参数法中的一种，通过建立负载电流、饱和压降以及结温之间的校准关系，根据校准关系确定igbt模块中芯片的结温。
61.然而，igbt模块中的芯片通过汇流铜层和外部的功率端子相连，实际工作过程中芯片的温度和汇流铜层、功率端子的温度差别较大；而在校准阶段汇流铜层、功率端子以及芯片的温度相同。因此，在校准阶段和实际工作阶段，汇流铜层与功率端子的温度存在差异，导致校准阶段和实际工作阶段的饱和压降存在测量误差，从而使得建立的校准关系存在误差，进而基于不准确的校准关系确定的芯片结温的准确率也较低。
62.而且，igbt模块关断时承受上千伏的高压，而导通时只有几伏的饱和压降，为了保证测量精度，不能使用大量程的电压传感器，因此需要设计饱和压降提取电路，及在igbt模块承受高压时将测量电路与高压隔离，在承受导通压降时进行测量，使得结温测量电路设计较为复杂。
63.其次，对于igbt模块中的igbt芯片和fwd芯片，每一种芯片的结温测量都需要一套高精度电流传感器，电压传感器及饱和压降提取电路，使得结温测量电路设计更为复杂。
64.另外，随着igbt模块的老化，饱和压降会有所增加，即老化会对芯片的结温测量产生影响，进一步降低了结温测量的准确率。
65.基于此，本技术提供一种结温测量方法、装置、设备、存储介质和程序产品，能够基于负载电流、准关断电流以及结温之间的校准关系确定igbt芯片的结温，基于负载电流、反向恢复电流以及结温之间的校准关系确定fwd芯片的结温，避免饱和压降带来的测量误差，提高结温测量的准确率。
66.在一个实施例中，如图1所示，提供了一种结温测量方法，本技术实施例以该方法应用于服务器进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于终端，还可以应用于包括终端和服务器的系统，并通过终端和服务器的交互实现。
67.本技术实施例中，该方法包括以下步骤：
68.s101、获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定。
69.其中，待测量芯片包括igbt芯片和fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定，可以是负载电流的10％至90％之间的任意值。
70.在本技术实施例中，服务器可以直接通过待测量芯片的工作电路(例如变换器)，获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流。也可以通过工作电路获取待测量芯片的输出电流的波形图，然后对输出电流的波形图进行解析，从而确定待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流。
71.s102、根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温。
72.在本技术实施例中，测试电路可以预先对待测量芯片的温度以及电流参数进行测量，服务器根据测试电路的测量结果建立待测量芯片的结温和电流参数之间的校准关系。然后基于建立的校准关系，以及获取到的工作电路中待测量芯片的电流参数，从而确定待测量芯片在工作电路中的结温。其中，测试电路包括待测量芯片，用于测量待测量芯片的各种参数。例如输出电流的波形图、负载电流、准关断电流、反向恢复电流等。
73.例如，测试电路可以预先对igbt芯片的温度以及负载电流和准关断电流进行测量，服务器根据测试电路的测量结果建立igbt芯片的结温与负载电流和准关断电流之间的第一校准关系。然后基于建立的第一校准关系，以及获取到的工作电路中igbt芯片的负载电流和准关断电流，从而确定igbt芯片在工作电路中的结温。
74.s103、根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
75.在本技术实施例中，测试电路可以预先对待测量芯片的温度以及电流参数进行测量，服务器根据测试电路的测量结果建立待测量芯片的结温和电流参数之间的校准关系。然后基于建立的校准关系，以及获取到的工作电路中待测量芯片的电流参数，从而确定待测量芯片在工作电路中的结温。其中，测试电路包括待测量芯片，用于测量待测量芯片的各种参数。例如输出电流的波形图、负载电流、准关断电流、反向恢复电流等。
76.例如，测试电路可以预先对fwd芯片的温度以及负载电流和反向恢复电流进行测量，服务器根据测试电路的测量结果建立fwd芯片的结温与负载电流和反向恢复电流之间的第二校准关系。然后基于建立的第二校准关系，以及获取到的工作电路中fwd芯片的负载电流和反向恢复电流，从而确定fwd芯片在工作电路中的结温。
77.本技术提供的结温测量方法可以基于负载电流、准关断电流以及结温之间的校准关系确定igbt芯片的结温，基于负载电流、反向恢复电流以及结温之间的校准关系确定fwd芯片的结温，避免了基于饱和压降建立的校准关系带来的测量误差，提高结温测量的准确率。而且，本技术采用的参数不受igbt模块老化的影响，进一步提高了结温测量的准确率。
78.前文所述的实施例中介绍了获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流的方案。在本技术的另一实施例中，可以通过待测量芯片的输出电流确定待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流。具体包括如下图2所示的步骤：
79.s201、获取待测量芯片的输出电流。
80.在一个实施例中，测试电路可以如图3所示。该测试电路可以包括第一igbt模块10、第二igbt模块20、电流传感器30、直流源40、第一电容50、第二电容60、电感70以及负载电感80。其中，第一igbt模块10包括igbt芯片101和fwd芯片102。第二igbt模块20包括igbt芯片201和fwd芯片202。
81.其中，第一igbt模块10、第二igbt模块20、电流传感器30、直流源40以及电感70相互串联连接；igbt芯片101和fwd芯片102并联连接；igbt芯片201和fwd芯片202并联连接；第一电容50和第二电容60串联连接，并与直流源40并联连接；负载电感80和第一igbt模块10并联连接。
82.其中，电流传感器30可以为罗氏线圈，也可以为其他能够测量电流的元器件。直流
源40为测试电路的电源，用于为测试电路提供电压，且该直流源的电压和待测量芯片的工作电路的母线电压相同。
83.在本技术实施例中，可以设置第一igbt模块10处于导通状态，将示波器通过驱动电路和第二igbt模块20连接。示波器用于产生脉冲，驱动电路将示波器产生的脉冲转换为驱动信号，从而控制第二igbt模块20的导通与断开。例如，驱动信号为高电平时，控制第二igbt模块20导通；驱动信号为低电平时，控制第二igbt模块20关断。然后，电流传感器30可以获取测试电路在第二igbt模块20关断过程中的电流，作为输出电流。并将输出电流输出至服务器，从而使得服务器获取到待测量芯片的输出电流。其中，输出电流的波形图可以如图4所示。
84.s202、根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
85.在本技术实施例中，服务器获取到输出电流后，对输出电流进行解析，从而确定待测量芯片的负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
86.在一个实施例中，服务器在获取到输出电流后，可以根据输出电流的峰值确定负载电流。例如，将图4所示的输出电流的波形图中，65us对应的输出电流的电流值确定为负载电流。也可以将55us至65us之间的输出电流的电流值的均值确定为负载电流。
87.在一个实施例中，服务器在确定了负载电流之后，可以提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。在本技术实施例中，服务器在提取到输出电流的下降沿后，可以先确定出负载电流的90％对应的时刻，将该时刻作为起点，延时td，然后将延时后的时刻对应的输出电流的电流值确定为准关断电流。其中，准关断电流处于负载电流的10％至90％之间。例如，如图5所示，图5为输出电流的下降沿示意图，若负载电流为100a，则将90a对应的时刻作为起点。如图6所示，图6为输出电流的另一下降沿示意图，将90a对应的时刻作为起点，延时td，然后将延时后的时刻对应的输出电流的电流值确定为准关断电流。
88.在一个实施例中，服务器在确定了负载电流之后，可以根据负载电流确定反向恢复电流。具体包括如图7所示的步骤：
89.s301、根据输出电流确定过冲电流。
90.s302、根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
91.在本技术实施例中，服务器可以先提取输出电流的上升沿，然后将输出电流的上升沿的最大电流值确定为过冲电流。接着对过冲电流和负载电流进行数学运算，将过冲电流和负载电流的差值确定为反向恢复电流。例如，如图4所示，可以将55us时刻处对应的最大电流值确定为过冲电流，接着对该过冲电流和上述确定的负载电流进行减法运算，将该过冲电流和上述确定的负载电流的差值确定为反向恢复电流。
92.在上述实施例中，服务器可以根据电流传感器测得的输出电流确定待测量芯片的负载电流、准关断电流和反向恢复电流等参数。相较于传统方法中，需要针对igbt模块中的igbt芯片和二极管芯片中，每一种芯片的结温测量设计一套高精度电流传感器，电压传感器及饱和压降提取电路，本技术实施例提供的方法仅需要一个电流传感器即可测量两种芯片的结温，降低了测试电路的复杂度，也降低了结温测量的复杂度。而且本技术仅基于一个电流传感器测得的输出电流确定两种芯片的参数，相较于传统技术中，需要针对每一种芯片设计一套高精度电流传感器、电压传感器及饱和压降提取电路，本技术实施例进一步降
低了结温测量的复杂度。
93.前文所述的实施例中介绍了根据第一校准关系确定igbt芯片的结温的方案。本技术的另一实施例中提供了第一校准关系的确定过程，具体包括如下图8所示的步骤：
94.s401、获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流。
95.s402、对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流。
96.s403、根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
97.在本技术实施例中，可以将测试电路中的第二igbt模块20放置于加热台上，通过加热台控制第二igbt模块20中的igbt芯片的温度，作为测试温度。可以将示波器通过驱动电路连接至第二igbt模块20，通过调节示波器的输出脉冲控制igbt芯片的负载电流的大小。然后电流传感器30获取igbt芯片在各测试环境下(例如测试温度为25℃，负载电流为100a)的输出电流，并输出至服务器。服务器对接收到的输出电流进行解析，提取输出电流的下降沿，将负载电流的90％对应的时刻作为起点，延时td，并将延时后的时刻对应的输出电流的电流值确定为该测试环境下准关断电流。最后，服务器基于每一测试环境，根据测试温度，测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流建立第一校准关系。
98.例如，可以调节示波器的输出脉冲控制igbt芯片的负载电流分别为50a，60a，70a，80a，90a；通过加热台控制第二igbt模块20中的igbt芯片的温度逐渐上升。然后电流传感器30获取igbt芯片在不同负载电流，不同测试温度下的输出电流，并输出至服务器。服务器筛选出igbt芯片在25℃、50℃、75℃、100℃以及125℃下的输出电流(此时，测试环境包括测试温度为25℃，负载电流为50a；测试温度为50℃，负载电流为50a；测试温度为75℃，负载电流为50a；测试温度为100℃，负载电流为50a；测试温度为125℃，负载电流为50a；测试温度为25℃，负载电流为60a；测试温度为60℃，负载电流为60a；测试温度为75℃，负载电流为60a；测试温度为100℃，负载电流为60a；测试温度为125℃，负载电流为60a；测试温度为25℃，负载电流为70a；测试温度为70℃，负载电流为70a；测试温度为75℃，负载电流为70a；测试温度为100℃，负载电流为70a；测试温度为125℃，负载电流为70a等25种情况)。接着服务器对不同测试环境下的输出电流进行解析，确定出各测试环境下准关断电流。最后，服务器基于每一测试环境，根据测试温度，测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流建立第一校准关系。
99.本技术实施例提供的方法可以基于igbt芯片的测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系，避免了基于饱和压降建立的校准关系带来的测量误差，提高结温测量的准确率。
100.前文所述的实施例中介绍了根据第二校准关系确定fwd芯片的结温的方案。本技术的另一实施例中提供了第二校准关系的确定过程，具体包括如下图9所示的步骤：
101.s501、获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流。
102.s502、对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流。
103.s503、根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
104.在本技术实施例中，可以将测试电路中的第二igbt模块20放置于加热台上，通过加热台控制第二igbt模块20中的fwd芯片的温度，作为测试温度。可以将示波器通过驱动电路连接至第二igbt模块20，通过调节示波器的输出脉冲控制fwd芯片的负载电流的大小。然后电流传感器30获取fwd芯片在不同测试环境下(不同测试温度以及不同负载电流)的输出电流，并输出至服务器。服务器对接收到的不同测试环境下的输出电流进行解析，提取各测试环境下的输出电流的上升沿，将过冲电流和负载电流的差值确定为该测试环境下的反向恢复电流。最后，服务器基于各测试环境，根据测试温度，测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流建立第二校准关系。
105.前文所述的实施例中介绍了建立第二校准关系的方案。在本技术的另一实施例中，可以通过反向恢复电流表达式建立第二校准关系，具体包括如下图10所示的步骤：
106.s601、建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系。
107.s602、采用预设算法确定待定参数的目标值。
108.s603、将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
109.在本技术实施例中，建立如下式(1)所示的初始反向恢复电流表达式：
[0110][0111]
其中，j
pr
为反向恢复电流；jf为负载电流；vs为母线电压；la双极扩散长度；k为常数；d为fwd芯片本征区的漂移区宽度的一半；q为电子电荷量；na为平均载流子浓度；其中ls为寄生电感；εs为硅的介电常数；nd为fwd芯片本征区的漂移区掺杂浓度。
[0112]
对上式(1)进行推导变换，得到如下式(2)所示的反向恢复电流表达式：
[0113][0114]
其中，t为fwd芯片的结温；c1、c2、d1、α、γ、k1、k2、k3为待定参数。
[0115]
然后，服务器可以基于各测试环境下的测试温度，测试温度对应的负载电流以及反向恢复电流，采用粒子群算法对反向恢复电流表达式进行运算处理，确定反向恢复电流表达式中的待定参数的目标值。并将确定的待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式中，将代入待定参数的目标值的反向恢复电流表达式确定为第二校准关系。
[0116]
其中，上述采用粒子群算法确定反向恢复电流表达式中的待定参数的目标值的过程，具体包括如下图11所示的步骤：
[0117]
s701、以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数。
[0118]
s702、采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和。
[0119]
s703、若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
[0120]
在本技术实施例中，以反向恢复电流的误差平方和(sum of the squared errors，sse)最小为目标建立如下式(3)所示的目标函数：
[0121][0122]
其中，i
pr
为上一次迭代运算对应的反向恢复电流；i
pr_calc
为下一次迭代运算对应的反向恢复电流；n为迭代运算次数。
[0123]
为了保证t1和t2有意义，则需要保证kd》la，即约束条件为kd》la。该约束条件可以简写为d1》la，其中，d1＝kd；t1为pn结处载流子浓度降为0的时刻；t2为fwd芯片反向恢复电流达到峰值的时刻。
[0124]
粒子群算法受鸟类群集、鱼类群集等群集理论启发，也与进化计算有关。粒子代表着不同参数组合下的模型。同时粒子具有记忆，使得粒子在向个体最优解p
best
和全局最优解g
best
靠拢过程中在解空间内搜索最优解。每个粒子会根据个体的最优位置和全局最优位置决定下一次迭代时的速度，从而更新自己的位置。更新公式如下式(4)和下式(5)所示：
[0125]
v＝ωv+c1rand(p
best-x)+c2rand(g
best-x)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0126]
x＝x+v
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0127]
其中，v为粒子速度；x为粒子位置；ω为惯性因子；c1为个体学习因子，反映了向个体学习能力的相对大小；c2为全局学习因子，反映了向全局学习能力的相对大小；rand为0至1间的随机数，增加了解的随机性。粒子位置包含五个维度，分别代表着c1、c2、d1、α、γ、k1、k2、k3，迭代过程中计算所有粒子的sse，根据该值确定个体最优解和全局最优解，利用式(4)确定对应维度上的速度，并使用式(5)完成粒子位置的更新。
[0128]
为了防止粒子群过早的收敛于局部解，在此可以参考遗传算法(genetic algorithm，ga)引入变异率的概念，即每个粒子均有一定概率在迭代过程中随机跳跃到解空间的任意位置，从而增大了寻找到最优解的可能性。
[0129]
迭代结束条件可以为上述约束条件，约束条件在初始化粒子位置和更新粒子位置时均需进行检验，在初始化粒子位置时若该位置不满足约束条件则重新随机生成粒子位置，直至满足约束条件为止；更新粒子位置时若达到最大校验次数仍无法满足约束条件，则重新随机生成粒子位置。其中，达到最大校验次数后，通过随机生成0～1之间的随机数，在变异率小于预设变异率的情况下，重新随机生成粒子位置。
[0130]
对于粒子群优化算法，如果能够给出合理的初值和优化取值范围，将会大大提高收敛速度并且提升优化效果。根据模型化简过程可知，参数c1、c2与fwd芯片制造过程中的相关参数有关，难以通过数据手册获取和推断，为了保证解空间的有效性，将其优化范围取为10-10
～10
10
范围内。参数d1与本征区宽度处于同一数量级，根据典型制造工艺参数确定其优化取值范围为10-5
～10-3
。参数α与空穴热速度有关，取值范围为0～5。参数γ与空穴热速度和电子、空穴的迁移率有关，取值范围为-5～5。
[0131]
通常采用下式(6)，在解空间随机均匀初始化的方式生成参数初值：
[0132]
x0＝x
min
+(x
max-x
min
)
×
rand
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0133]
其中，x
min
为解空间下界；x
max
为解空间上界；x0为解的初始位置。
[0134]
采用上式(6)生成参数初值，将使c1、c2取值在较小数量级空间内的概率降低，从而影响优化速度与效果。为了解决该问题，可以采用在解空间内的对数坐标下随机初始化的方法生成c1、c2的初值，即在解空间上下限的对数范围内随机生成初值的指数。具体过程如
下式(7)和式(8)所示：
[0135]
temp＝log
10
x
min
+(log
10
x
max-log
10
x
min
)
×
rand
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0136]
x0＝10
temp
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0137]
其中，temp为各待定参数。
[0138]
该方法可以保证初值在每个数量级下都有一致的随机性，适用于大范围内随机初值的生成。
[0139]
经过上述粒子群算法的运算后，当迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并将迭代运算结束时的误差平方对应的待定参数的值，确定为待定参数的目标值。
[0140]
本技术实施例提供的方法可以基于fwd芯片的测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系，避免了基于饱和压降建立的校准关系带来的测量误差，提高结温测量的准确率。
[0141]
基于参数关系图验证准关断电流的有效性：
[0142]
将测试电路的母线电压设置为300v，绘制负载电流分别为50a，60a，70a，80a，90a时，igbt芯片的准关断电流和结温之间的关系图，如图12所示。将负载电流设置为90a，绘制igbt芯片的结温在25℃、50℃、75℃、100℃、125℃时，igbt芯片的准关断电流和母线电压之间的关系图，如图13所示。将测试电路的母线电压设置为300v，绘制igbt芯片的结温在25℃、50℃、75℃、100℃、125℃时，igbt芯片的准关断电流和负载电流之间的关系图，如图14所示。根据上图12，13，14可知结温，母线电压，负载电流对准关断电流均有影响，即准关断电流具有有效性，可以用于测量igbt芯片的结温。
[0143]
另一方面，从理论上分析准关断电流的有效性：
[0144]
下式(8)为负载电流的表达式：
[0145][0146][0147]
根据准关断电流的定义，假设在在t1时刻为准关断电流对应的时刻，那么准关断电流的表达式如下式(9)所示：
[0148][0149]
其中，i
pre-turn-off
为准关断电流；ic为输出电流；i
load
为负载电流；k、α、γ为常数；vs为母线电压；t为结温；τ
p0,nb
为n缓冲层空穴寿命常数；σ
p
为空穴的捕获截面积；v
th
为平均载流子速率；n
t
为少数载流子质量阱密度；μ
p
为载流子迁移率；e为n缓冲层电场强度；d
nb
为n缓冲层厚度；t为时间。
[0150]
由上式(8)和式(9)可知，结温，母线电压，负载电流对准关断电流均有影响，即准关断电流具有有效性，可以用于测量igbt芯片的结温。
[0151]
基于参数关系图验证反向恢复电流的有效性：
[0152]
将测试电路的母线电压设置为400v，绘制负载电流分别为20a，30a，40a，50a时，fwd芯片的反向恢复电流和结温之间的关系图，如图15所示。将负载电流设置为固定值，绘制fwd芯片的结温在25℃、50℃、75℃、100℃、125℃时，fwd芯片的反向恢复电流和母线电压之间的关系图，如图16所示。将测试电路的母线电压设置为固定值，绘制fwd芯片的结温在25℃、50℃、75℃、100℃、125℃时，fwd芯片的反向恢复电流和负载电流之间的关系图，如图17所示。根据上图15，16，17可知结温，母线电压，负载电流对反向恢复电流均有影响，即反向恢复电流具有有效性，可以用于测量fwd芯片的结温。
[0153]
验证准关断电流和反向恢复电流不受igbt模块老化的影响：
[0154]
对于igbt模块来说，键合线连接处两侧材质不同，热膨胀系数不同，工作过程的热应力会导致键合线慢慢脱落，从而导致igbt模块老化。因此不同老化程度可以通过剪掉的键合线根数来等效。剪得越多，代表老化越严重。图18为分别剪掉0根、1根、2根、3根键合线后，输出电流的波形图，可见不同老化程度下的igbt芯片的输出电流均重合，表明不同老化程度下的igbt芯片的准关断电流不变，即准关断电流不受igbt模块老化的影响。图19为分别剪掉0根、1根、2根、3根键合线后，输出电流的波形图，可见不同老化程度下的fwd芯片的输出电流均重合，表明不同老化程度下的fwd芯片的反向恢复电流不变，即反向恢复电流不受igbt模块老化的影响。
[0155]
需要说明的是，如图20所示，本技术实施例测量的是方框中的igbt芯片和fwd芯片的结温。若需要测得另外一组芯片的结温，则可以将电流传感器串联于igbt模块的另一侧。
[0156]
应该理解的是，虽然如上所述的各实施例所涉及的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，如上所述的各实施例所涉及的流程图中的至少一部分步骤可以包括多个步骤或者多个阶段，这些步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤中的步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
[0157]
基于同样的发明构思，本技术实施例还提供了一种用于实现上述所涉及的结温测量方法的结温测量装置。该装置所提供的解决问题的实现方案与上述方法中所记载的实现方案相似，故下面所提供的一个或多个结温测量装置实施例中的具体限定可以参见上文中对于结温测量方法的限定，在此不再赘述。
[0158]
在一个实施例中，如图21所示，提供了一种结温测量装置，包括：获取模块、第一确定模块和第二确定模块，其中：
[0159]
获取模块801，用于获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
[0160]
第一确定模块802，用于根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
[0161]
第二确定模块803，用于根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
[0162]
在一个实施例中，获取模块801，具体用于获取待测量芯片的输出电流；根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
[0163]
在一个实施例中，准关断电流的确定过程包括：提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。
[0164]
在一个实施例中，反向恢复电流的确定过程包括：根据输出电流确定过冲电流；根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
[0165]
在一个实施例中，负载电流的确定过程包括：根据输出电流的峰值确定负载电流。
[0166]
在一个实施例中，第一校准关系的确定过程包括：获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
[0167]
在一个实施例中，第二校准关系的确定过程包括：获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
[0168]
在一个实施例中，第二校准关系的确定过程还包括：建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系；采用预设算法确定待定参数的目标值；将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
[0169]
在一个实施例中，第二校准关系的确定过程还包括：以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数；采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和；若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
[0170]
上述结温测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
[0171]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图22所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器和网络接口。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质和内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储与本技术实施例所述结温测量方法相关的一些数据，例如，前文所述的负载电流、准关断电流、反向恢复电流、第一校准关系以及第二校准关系等。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种结温测量方法。
[0172]
本领域技术人员可以理解，图22中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设
备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0173]
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
[0174]
获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
[0175]
根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
[0176]
根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
[0177]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取待测量芯片的输出电流；根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
[0178]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。
[0179]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据输出电流确定过冲电流；根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
[0180]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据输出电流的峰值确定负载电流。
[0181]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
[0182]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
[0183]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系；采用预设算法确定待定参数的目标值；将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
[0184]
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数；采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和；若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
[0185]
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0186]
获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
[0187]
根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
[0188]
根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
[0189]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取待测量芯片
的输出电流；根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
[0190]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。
[0191]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据输出电流确定过冲电流；根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
[0192]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据输出电流的峰值确定负载电流。
[0193]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
[0194]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
[0195]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系；采用预设算法确定待定参数的目标值；将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
[0196]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数；采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和；若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
[0197]
在一个实施例中，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
[0198]
获取待测量芯片的负载电流、准关断电流以及反向恢复电流；待测量芯片包括绝缘栅双极型晶体管igbt芯片和续流二极管fwd芯片；准关断电流根据负载电流确定；
[0199]
根据负载电流、准关断电流和预先获取的第一校准关系确定igbt芯片的结温；
[0200]
根据负载电流、反向恢复电流和预先获取的第二校准关系确定fwd芯片的结温。
[0201]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取待测量芯片的输出电流；根据输出电流确定负载电流、准关断电流和反向恢复电流。
[0202]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：提取输出电流的下降沿，将下降沿上预设位置的电流确定为准关断电流；其中，准关断电流与负载电流之比在预设范围内。
[0203]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据输出电流确定过冲电流；根据过冲电流和负载电流确定反向恢复电流。
[0204]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据输出电流的峰值确定负载电流。
[0205]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取igbt芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的准关断电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的准关断电流确定第一校准关系。
[0206]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取fwd芯片在多个测试环境下的输出电流；测试环境包括测试温度和测试温度对应的负载电流；对于各测试环境，根据测试环境下的输出电流确定测试环境下的反向恢复电流；根据测试温度、测试温度对应的负载电流以及测试环境下的反向恢复电流确定第二校准关系。
[0207]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：建立反向恢复电流表达式；反向恢复电流表达式包括反向恢复电流与待定参数、母线电压、负载电流、fwd芯片的结温之间的关系；采用预设算法确定待定参数的目标值；将待定参数的目标值代入反向恢复电流表达式，得到第二校准关系。
[0208]
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：以反向恢复电流的误差平方和最小为目标建立目标函数；采用粒子群算法对目标函数进行迭代运算，得到每次迭代运算对应的误差平方和；若迭代运算得到的误差平方和符合迭代结束条件，则结束迭代运算，并根据迭代运算结束时的误差平方和确定待定参数的目标值。
[0209]
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和易失性存储器中的至少一种。非易失性存储器可包括只读存储器(read-only memory，rom)、磁带、软盘、闪存、光存储器、高密度嵌入式非易失性存储器、阻变存储器(reram)、磁变存储器(magnetoresistive random access memory，mram)、铁电存储器(ferroelectric random access memory，fram)、相变存储器(phase change memory，pcm)、石墨烯存储器等。易失性存储器可包括随机存取存储器(random access memory，ram)或外部高速缓冲存储器等。作为说明而非局限，ram可以是多种形式，比如静态随机存取存储器(static random access memory，sram)或动态随机存取存储器(dynamic random access memory，dram)等。本技术所提供的各实施例中所涉及的数据库可包括关系型数据库和非关系型数据库中至少一种。非关系型数据库可包括基于区块链的分布式数据库等，不限于此。本技术所提供的各实施例中所涉及的处理器可为通用处理器、中央处理器、图形处理器、数字信号处理器、可编程逻辑器、基于量子计算的数据处理逻辑器等，不限于此。
[0210]
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0211]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术的保护范围应以所附权利要求为准。