基于无源开通延迟时间积分器的中压SiC MOSFET在线高精度结温测量

High-Accuracy Online Junction Temperature Measurement of Medium-Voltage SiC MOSFETs Based on Passive Turn-On Delay Time Integrator

查看原文 · IEEE Xplore DOI: 10.1109/TPEL.2025.10818634

作者
期刊	IEEE Transactions on Power Electronics
出版日期	2025年1月
技术分类	功率器件技术
技术标签	SiC器件
相关度评分	★★★★ 4.0 / 5.0
关键词	结温测量 SiC MOSFET 无源导通延迟时间积分器高精度实验验证

语言:

中文摘要

本信函介绍了一种基于无源导通延迟时间（$t_{d,on}$）积分器的新型非侵入式高精度中压碳化硅（SiC）金属 - 氧化物 - 半导体场效应晶体管（MOSFET）在线结温（$T_j$）测量方法。与以往研究不同，所提出的基于无源$t_{d,on}$积分器的方法无需使用大栅极电阻即可实现高精度的在线$T_j$测量。此外，该方法倾向于跟踪多芯片功率模块中所有芯片的最高$T_j$。最后，在自主研发的 3.3 kV 半桥 SiC MOSFET 模块上进行的实验验证了所提方法的有效性。实验结果表明，所提方法能够准确监测 3.3 kV SiC MOSFET 的$T_j$，误差小于 3 °C，温度灵敏度为 11.07 mV/°C。

English Abstract

This letter introduces a novel nonintrusive high-accuracy online junction temperature (Tj) measurement method for medium-voltage SiC mosfets based on the passive turn-on delay time (td,on) integrator. Different from previous studies, the proposed passive td,on integrator-based method can achieve high-accuracy online Tj measurement without the need for large gate resistance. Furthermore, it tends to track the highest Tj of all the chips in the multichip power module. Finally, experiments performed on a self-developed 3.3-kV half-bridge SiC mosfet module validate the effectiveness of the proposed method. The experimental results show that the proposed method can accurately monitor Tj of 3.3-kV SiC mosfets with a small error of less than 3 °C and a temperature sensitivity of 11.07 mV/°C.

SunView 深度解读

从阳光电源的业务视角来看，这项基于被动开通延迟时间积分器的中压SiC MOSFET结温在线测量技术具有重要的应用价值。在我们的光伏逆变器和储能变流器产品中，功率器件的热管理一直是影响系统可靠性和寿命的关键因素，特别是随着3.3kV及以上中压SiC器件在1500V光伏系统和中压储能系统中的广泛应用。

该技术的核心优势在于实现了无需大栅极电阻的高精度在线结温监测，测量误差小于3°C，温度灵敏度达11.07mV/°C。这对阳光电源具有三重价值：首先，非侵入式测量方式不影响驱动电路设计，可直接集成到现有产品平台；其次，能够追踪多芯片模块中最高结温的特性，对于我们采用并联SiC器件的大功率逆变器尤为关键，可有效避免局部过热导致的连锁失效；第三，精确的实时温度数据可优化动态降额策略，在保证可靠性的同时提升系统功率密度。

从技术成熟度评估，该方法已在3.3kV半桥模块上验证，与我们中压产品的技术路线高度契合。应用前景方面，可直接服务于新一代集中式逆变器和大型储能PCS的预测性维护，通过结温数据建立器件老化模型，实现从被动保护到主动健康管理的升级。

主要挑战在于多芯片模块中温度分布的非均匀性处理，以及不同工况下测量精度的一致性验证。建议与该技术团队开展联合开发，将其集成到我们的智能功率模块和数字化运维平台中，这将显著增强阳光电源产品在高可靠性应用场景中的竞争优势。