基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113722873A(43)申请公布日2021.11.30(21)申请号202010456090.0(22)申请日2020.05.26(71)申请人株洲中车时代电气股份有限公司地址412001湖南省株洲市石峰区时代路169号(72)发明人陈新王益民王鹏欧鸿洲郭玉涛张祥珊邓樵轩(74)专利代理机构湖南兆弘专利事务所(普通合伙)43008代理人廖元宝(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F113/18(2020.01)G06F119/06(2020.01)G06F119/08(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图1页(54)发明名称基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法及系统(57)摘要本发明公开了一种基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法、系统、介质及设备，属于功率模块技术领域，用于解决目前芯片结温难于测量的技术问题，采用电学的原理来模拟解决，具体包括步骤：1)采用电路形式搭建芯片热传导模型；2)辨识热传导模型中的参数；3)计算芯片功率损耗；4)将实际环境温度值以可控电压源的形式加入到热传导模型中；5)通过热传导模型仿真计算，得到芯片实时温度。本发明具有计算过程简单、芯片结温易于得到等优点。CN113722873ACN113722873A权利要求书1/2页1.一种基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，包括步骤：1)采用电路形式搭建芯片热传导模型；2)辨识热传导模型中的参数；3)计算芯片功率损耗；4)将实际环境温度值以可控电压源的形式加入到热传导模型中；5)通过热传导模型仿真计算，得到芯片实时温度。2.根据权利要求1所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，在步骤1)中，在采用电路形式搭建芯片热传导模型的过程中，将热源相当于电流源，温度相当于电压，热阻相当于电阻，热容相当于电容。3.根据权利要求1所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，在步骤2)中，热传导模型中的热传导路径的阻抗Zth如下式所示：Zth＝(sC1+(R1+(sC2+(R2+(sC3+(R3+(sC4+(R4+(sC5+(R5+(sC6+(R6+(sC7+R7-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1)-1其中R1为芯片热阻，R2为硅片热阻，R3为陶瓷热阻，R4为基板热阻，R5为导热胶热阻，R6为冷却液热阻，R7为散热器热阻；其中C1为芯片热容，C2为硅片热容，C3为陶瓷热容，C4为基板热容，C5为导热胶热容，C6为冷却液热容，C7为散热器热容；化简整理后得到其中b0～b7表示为R1～R7的函数表达式，c0～c7表示为C1～C7的函数表达式。4.根据权利要求3所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，R1～R7与C1～C7的辨识过程为：通过试验得到阶跃响应C(t)，其中C(t)为温度和时间的函数，可以通过测温得到；其中Ai和ai通过曲线拟合得到，通过拉普拉斯变换得到传递函数其中Ai和ai(i＝0,1,2,3,4,5,6,7)为已知数；根据传递函数的定义有G(s)＝Zth,令分式系数相等，联立方程组即可解得R1～R7和C1～C7。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，在步骤3)中，功率损耗包括通态损耗Ploss_on、断态损耗和开关损耗；其中开关损耗损耗又可分成开通损耗Ploss_son和关断损耗Ploss_soff。6.根据权利要求5所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在于，功率损耗的计算过程为：通过查阅产品手册结合工作电流得到芯片单次开通损耗能量Eson、关断损耗能量Esoff、开通时间Tson和关断时间Tsoff，计算开通损耗Ploss_son和关断损耗Ploss_soff如以下公式所示：2CN113722873A权利要求书2/2页根据控制策略，可知芯片的工作开关频率f、通态时间Ton和断态时间Toff，计算开通时间Tson、关断时间Tsoff、通态时间Ton和断态时间Toff在整个开关周期内的占空比D，如下公式所示：Dson＝Tson*fDsoff＝Tsoff*fDon＝Ton*fDoff＝Toff*f最终计算单开关周期T内功率损耗Ploss可以表示为：功率损耗Ploss可以由三个矩形波叠加合成得到，矩形波幅值为Ploss_son、Ploss_on和Ploss_soff；占空比分别为Dson、Don和Dsoff，周期为T，时延分别为0、Tson和Ton+Tson。7.根据权利要求6所述的基于环境温度和功率损耗的芯片结温实时计算方法，其特征在