一种不受老化影响的SiCMOSFET结温在线监测装置

本发明属于sic mosfet器件领域，更具体地，涉及一种不受老化影响的sicmosfet结温在线监测装置。

背景技术：

1、美国德克萨斯州立大学达拉斯分校提出td,on在线测量sic mosfet结温，并提出芯片老化后测量老化芯片阈值电压和壳温来实现结温校正，但该方法必须使得老化芯片退出运行，停止功率变换器运行，测量环境温度。

2、丹麦奥尔堡大学提出从基于温敏电参数的结温在线校正方法，该研究对象是siigbt，与si igbt相比，sic mosfet芯片会老化，对该方法造成干扰，该方法不适用于sicmosfet。同时，该方法也需要停止功率变换器运行。

3、意大利都灵理工大学提出sic mosfet结温估计自校正方法，该方法必须使功率变换器停止运行，散热方式为自然冷却，测量导通电阻和散热器温度。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种不受老化影响的sic mosfet结温在线监测装置，其目的在于，在不停止功率变换器运行、不测量环境温度的前提下，实现sicmosfet全寿命周期内结温在线监测。

2、本发明提供了一种不受老化影响的sic mosfet结温在线监测装置，包括：主电路、导通延时时间监测电路和栅极充电时间监测电路；主电路用于实现直流电压变换，直流电压变换期间sic mosfet器件通过负载电流产生功率损耗进而温度升高；导通延时时间监测电路用于在sic mosfet器件快速开通期间获得器件的导通延时时间；栅极充电时间监测电路用于在sic mosfet器件关断期间给器件栅极电容充电，获得特定电压下的栅极充电时间。

3、更进一步地，导通延时时间td,on监测电路包括：依次连接的第一电压跟随器、第一比较器、第一锁存器、第一与门和第一数字隔离器；第一电压跟随器的正相输入端连接主电路母线寄生电感一端，第一电压跟随器的反相输入端与输出端均连接至第一比较器的反相输入端，第一比较器的正相输入端连接第一参考电压vref_l，第一锁存器的第一输入端连接至第一比较器的输出端r2，第一锁存器的第二输入端连接栅极充电时间tc监测电路中第二比较器的反向输出端s2；第一与门的第一输入端连接至所述主电路中与非门的输出端，第一与门的第二输入端连接至所述第一锁存器的输出端q2，第一与门的第三输入端连接所述栅极充电时间tc监测电路中第二比较器的反向输出端s2；第一数字隔离器的输入端连接至第一与门的输出端，第一数字隔离器的输出端用于输出导通延时时间td,on。

4、其中，第一参考电压vref_l在负几百mv到0v的范围内取值，具体数值取决于所用元器件型号，可以通过仿真软件获得具体数值。

5、更进一步地，栅极充电时间tc监测电路包括：依次连接的第二电压跟随器、第二比较器、第二数字隔离器、第二锁存器和第二与门；第二电压跟随器的正相输入端连接sicmosfet器件栅极端子，第二电压跟随器的反相输入端与输出端均连接至第二比较器的反相输入端，第二比较器的正相输入端连接第二参考电压vref，第二数字隔离器的输入端连接至所述第二比较器的输出端，第二锁存器的第一输入端连接至第二数字隔离器的输出端r1，第二锁存器的第二输入端连接控制器输出信号s1，第二与门的第一输入端连接至第二锁存器的输出端，第二与门的第二输入端连接控制器输出信号s1，第二与门的输出端连接主电路中或门的输入端，第二与门用于输出栅极充电时间tc。

6、其中，第二参考电压vref在负几v到0v范围内取值，具体数值取决于所用元器件型号，可以通过仿真软件获得具体数值。

7、本发明还提供了一种基于上述的sic mosfet结温在线监测装置实现的sicmosfet结温在线监测方法，包括下述步骤：

8、当sic mosfet处于健康状态时，通过校准的tj1-td,on1关系监测被测器件(dut)的结温；

9、通过加热板将dut加热到不同的稳态温度；

10、通过双脉冲测试，在不同结温下测量健康dut的td,on1，tj1-td,on1关系通过使用最小二乘法线性回归获得；

11、通过在线监测td,on1，将其代入tj1-td,on1关系获得dut的tj1；

12、通过tc1监测dut栅极氧化物退化程度，随着dut老化，tc1逐渐发生变化：如果tc1变化量(δtc1)小于时间测量分辨率阈值(tth)，则tj1-td,on1关系不改变，这表示栅极氧化物退化程度较低，否则校正tj1-td,on1的关系。

13、更进一步地，校正tj1-td,on1步骤具体包括：

14、在不同的结温下，将与dut相同型号的多个器件进行双脉冲测试，获得多个td,on2和tj2数据点；

15、对于与dut具有相同型号的多个器件，使用最小二乘法通过线性回归校准多个tj2-td,on2关系；

16、为了避免器件分散性对校正的影响，滤除了tj2-td,on2关系与健康dut的tj1-td,on1关系不同的器件；

17、进行高温栅偏(htgb)实验以退化孪生器件(td)的栅极氧化物；随着栅极氧化物老化，tc2和tj2-td,on2关系不断漂移；

18、根据tc2一定变化步长，对不同栅极氧化物退化的多个器件进行双脉测测试，获得一组与栅极氧化物退化相关的tj2-td,on2关系，tj2-td,on2关系中的每一个都对应于一个tc2。

19、更进一步地，退化步骤具体包括：

20、栅极氧化物退化使tj1-td,on1关系和dut的tc1漂移；为了在线校正dut的tj1-td,on1关系，选择与dut具有相同老化程度的td的tj2-td,on2关系；

21、在将老化dut的tj1-td,on1关系校正为tj2-td,on2关系后，通过在线监测td,on1在线获得dut的tj1，然后将其代入tj2-td,on2关系；

22、栅极氧化物可以继续降解，直到dut的剩余使用寿命(rul)减少到零；

23、在rul降至零之前，dut的tc1再次被在线监测；

24、通过重复上述步骤实现由sic mosfet老化引起结温监测不准确的在线校正。

25、其中，不需要破坏器件原有封装结构。

26、通过本发明所构思的以上技术方案，与现有技术相比，本发明具备如下有益的技术效果：

27、(1)本发明不需要使功率变换器停止运行，功率变换器在线运行期间即可完成sicmosfet结温准确在线监测。

28、(2)本发明对处于任何老化状态的sic mosfet均可以实现结温准确在线监测。

29、(3)本发明可以实现在线检测功能，检测装置的功能执行前后不需要让功率变换装置停止运行。

30、(4)本发明只需要在功率变换装置运行一个周期内执行一次检测功能便可获得功率变换器中sic mosfet结温准确在线监测。

31、(5)本发明在线采集被测器件的导通延时时间和栅极充电时间，依据栅极充电时间从孪生器件td,on-tj曲线簇选择合适的td,on-tj关系，依据导通延时时间和td,on-tj关系对被测器件结温进行准确在线监测。