[發明專利]一種IGBT模塊工作結溫的在線檢測系統及檢測方法

有效

• 申請號: 201410345265.5
• 申請日: 2014-07-18
• 公開（公告）號: CN104155587B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 李武華;孫鵬飛;羅皓澤;何湘寧
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司33224
• 代理人: 胡紅娟

技術領域

本發明屬于電力電子器件檢測技術領域，具體涉及一種IGBT模塊工作結溫的在線檢測系統及檢測方法。

背景技術

IGBT模塊的工作結溫在工業用如柔性直流輸電和風力發電系統中的功率變流器中是一項重要的參數，其提供了IGBT模塊熱應力和熱性能的相關信息，因此，其工作結溫可以用來進行狀態監測，評估IGBT模塊可靠性，預測剩余使用壽命和分析失效機理。

常規的IGBT模塊工作結溫檢測方法，如熱傳感法，即在IGBT模塊內部芯片附近放置熱傳感器，該方法需要打開IGBT模塊的封裝放置熱傳感器；熱成像法，即利用紅外測溫儀測量IGBT模塊結溫的分布情況，但只能測量未封裝的裸露芯片，對于封裝結構的模塊需要打開模塊封裝，并且測試儀器昂貴。

熱阻網絡法，即測量IGBT模塊基板的溫度，并通過IGBT模塊的熱阻網絡可以預測內部IGBT模塊工作結溫，此方法需要對IGBT模塊的熱傳導路徑及熱阻網絡測量具有高分辨率和精確度，由于IGBT模塊芯片處溫度傳導至IGBT模塊基板具有延遲時間，該技術不適用與IGBT模塊工作結溫的在線監測。

總體來說，以上IGBT模塊工作結溫監測技術，或測量儀器昂貴，或對于IGBT模塊封裝具有需要打開封裝結構的特殊要求，或結溫監測有一定的延遲，不適用于IGBT模塊工作結溫的在線監測。

除此之外，IGBT模塊的行為與其工作結溫有密切的聯系，這是由于半導體物理參數如載流子濃度、載流子遷移率等與溫度有較強的耦合關系，而IGBT模塊的電氣特性取決于以上所述的半導體物理參數，因此IGBT的溫敏電氣參數為IGBT模塊的工作結溫監測提供了可能性，如閾值電壓，導通壓降，開通電流最大變化率和關斷電壓變化率等；閾值電壓是通過監測不同溫度下IGBT模塊MOS溝道開通的最小驅動電壓，利用該電壓與工作結溫的對應關系確定IGBT模塊工作結溫，但該參數與溫度敏感系數低，且提取較為困難；導通壓降是測量不同溫度下IGBT的正向壓降，利用正向電壓降與工作結溫的對應關系來確定IGBT工作結溫，但導通壓降的檢測需要高耐壓的傳感器，并且在高壓大電流的開關環境下，所測試的導通壓降值很小，非常容易受到干擾；IGBT模塊的開通往往伴隨著與之換流的功率管的關斷，在兩電平電感負載型的電路中，當IGBT模塊開通時，負載電流從二級管換流至大IGBT模塊時，二級管的反向恢復電流會流過IGBT模塊，因此IGBT模塊的開通電流包含了二極管的反向恢復電流，不完全為IGBT模塊本身的特性；關斷電壓變化率的檢測需要借助額外的無源器件(如電容)轉化成易于直接測量的信號，無源器件的加入影響了IGBT模塊的工作狀態。

發明內容

針對現有技術所存在的上述技術問題，本發明提供了一種IGBT模塊工作結溫的在線檢測系統及檢測方法，能夠以較高的精確度和分辨率實時檢測IGBT模塊的工作結溫。

一種IGBT模塊工作結溫的在線檢測系統，包括：

主電路單元，與IGBT模塊連接；所述的主電路單元包括直流電壓源V、電容C、電感L和功率二極管D；其中，直流電壓源V的正極與電容C的一端、電感L的一端和功率二極管D的陰極相連，電感L的另一端與功率二極管D的陽極和IGBT模塊的集電極相連，IGBT模塊的功率發射極與直流電壓源V的負極和電容C的另一端相連；

溫控單元，用于調控IGBT模塊的環境溫度；

采樣單元，用于在IGBT模塊由導通狀態切換至關斷狀態的瞬態過程間采集電容C兩端的直流母線電壓V_dc和IGBT模塊的導通電流I_c；

驅動單元，用于為IGBT模塊的基極提供開關控制信號，以控制IGBT模塊由導通狀態切換至關斷狀態，進而調控IGBT模塊的導通電流I_c；