【导读】碳化硅（SiC）功率模块正推动电动汽车革命，其高频、高压和耐高温（结温可超200°C） 的特性，对温度检测的精确性提出了前所未有的挑战。精确的结温监测，是释放SiC性能潜力、保障模块可靠运行的关键。

碳化硅（SiC）功率模块正推动电动汽车革命，其高频、高压和耐高温（结温可超200°C） 的特性，对温度检测的精确性提出了前所未有的挑战。精确的结温监测，是释放SiC性能潜力、保障模块可靠运行的关键。

为实现精确检测，行业正从传感器技术和算法模型两大路径寻求突破：

1. 传感器路径：通过革新传感器技术与安装工艺，在硬件层面直接提升测温的准确性和响应速度。

2. 模型与算法路径：利用热网络模型和实时电参数，在软件层面计算或估算结温，弥补物理传感器的不足。

下面的表格梳理了这两条技术路径的核心思路与代表性方法：

技术路径

核心思路

代表性方法

传感器路径：硬件革新与安装工艺优化

在硬件层面，“测量谁” 和 “在哪测量” 同样重要。

1. 传感器技术与安装工艺的革新

传统热敏电阻因其焊盘与芯片分离的安装方式，存在热响应慢和测量精度不足的问题。为此，业界推出了如村田制作所的 “FTI系列”NTC热敏电阻。

• 耐高温与结构化：该产品采用树脂模塑结构，工作温度范围覆盖-55°C至175°C，能满足汽车动力总成的苛刻环境。

• 引线键合与精准布局：其最大创新是支持引线键合，可用细金属线直接连接电极。这使得传感器能被设置在功率半导体芯片附近，大幅减少热传递路径，从而提升响应速度和测量精度，并节约布板空间。

2. “功率循环测试”模拟真实应力

除了静态测温，功率循环测试是评估模块在真实工作状态下寿命和可靠性的关键手段。该测试通过模拟元件的开关动作，使其反复自发热和冷却，从而考核其耐温度循环的能力。

• 根据开关频率的不同，应力会集中在不同部位：短时开关（<5秒） 主要考验芯片及邻近的焊层；而长时开关（>15秒） 则会对模块整体（如打线、系统焊接）产生热应力。

• 在测试中，需要同步监测最大结温（Tj-max）、热阻（Rth） 及导通电压（Von） 等关键参数的变化，以全面评估模块的健康状态。

模型与算法路径：从“感知”到“感知与预测结合”

对于车载逆变器等复杂系统，仅依赖物理传感器是不够的。尤其是在高环境温度（如105℃冷却液） 和高功率密度的设计要求下，结温的波动更为剧烈。通过模型算法进行在线提取和预测，成为确保系统在安全边界内运行的重要手段。

1. 基于内置NTC的热网络模型法

这是一种有效的在线结温提取方法。其核心思想是：建立从芯片热源到模块内部NTC传感器之间的精确热传导模型。

• 优势：该模型对模块外部的散热条件（如导热硅脂老化、散热器性能变化）不敏感，仅关注模块内部的热动态，从而在不同边界条件下都能保持稳定和准确。

• 关键挑战：必须考虑多芯片之间的热耦合效应。一个芯片产生的热量会通过衬底横向传导，导致其周边芯片的温度也升高。研究数据表明，在逆变工作状态下，忽视热耦合会使对芯片热阻抗的估算产生约10%的偏差。

2. 热敏电参数法

该方法利用半导体器件本身某些电学参数（如导通电阻、阈值电压）与温度之间的固有关系，通过测量这些电参数来反向推算出结温。

• 潜力：被认为是最直接、最具前景的结温检测方法之一。

• 瓶颈：目前该方法在实际应用中仍面临挑战，例如测量电路可能干扰器件正常运行，以及测量信号易受外部噪声干扰等。

实现精确高温检测的设计要点

综合以上分析，为实现SiC车载功率模块的精确高温检测，工程师需要在设计中关注以下要点：

1. 传感器选型与布局是关键基础：优先选择支持高温、可近距离安装的传感器（如引线键合型NTC），并将其尽可能靠近热源（功率芯片） 放置。

2. 理解并建模热耦合效应：在多芯片模块中，必须在热模型中考虑芯片间的热耦合影响，否则会引入显著的测量误差。

3. 明确模型边界条件的重要性：基于NTC的热网络模型之所以可靠，在于其将温度参考点设置在模块内部，从而隔离了外部散热系统变化带来的不确定性。

4. 结温监测是释放性能的前提：在追求高功率密度（如47.8 kW/L）和超高环境温度（如105℃）的设计中，突破结温在线监测技术是实现主动热管理和最大化输出功率的前提。

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