[發明專利]IGBT的失效檢測方法和裝置

有效

• 申請號: 201610992543.5
• 申請日: 2016-11-10
• 公開（公告）號: CN108072819B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發明（設計）人: 趙研峰;姚吉隆;石磊;劉澤偉
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 趙冬梅

本發明提供了IGBT的失效檢測方法及裝置，其中，包括：檢測所述IGBT的當前集電極電流和當前飽和導通壓降；基于一個預警溫度值下的所述IGBT的第一集電極電流和第一飽和導通壓降的第一對應關系，查詢所述IGBT的當前集電極電流所對應的第一飽和導通壓降；比較所述IGBT的當前飽和導通壓降和所述對應的第一飽和導通壓降，當所述IGBT的當前飽和導通壓降高于所述對應的第一飽和導通壓降時，則判斷IGBT有失效可能；計算所述IGBT的當前熱阻值，當所述IGBT的當前熱阻值與預設的初始熱阻值的比值高于一個預警系數時，則確定IGBT失效。本發明提供的IGBT的失效檢測方法效率更高，維持費用低，并具有更高的可靠性，有利于環保，并降低了功耗。

技術領域

本發明涉及變頻器領域，尤其涉及IGBT的失效檢測方法和裝置。

背景技術

變頻器越來越多地應用于各個領域，其中，IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，絕緣柵雙極型晶體管)是變頻器的主要元件和主要發熱源。通常對IGBT用水冷卻或者空氣冷卻的方式散熱。為了減少IGBT的基板(base plate)和冷卻介質之間的熱阻，通常IGBT需要裝配散熱器(heat sink)。其中，IGBT的基板和散熱器的接觸面用螺絲集成在一起。然而，由于IGBT的基板作為散熱面以及散熱器的接觸面皆不夠光滑，如果上述兩個表面直接裝配會導致空氣進入其中，由此增加熱阻。因此，通常在IGBT的基板以及散熱器的接觸面均勻地涂抹上導熱介質以避免空氣流入。比較常用的導熱介質是硅油(silicongrease)。然而，硅油的性能不能維持穩定，隨著IGBT使用時間變長硅油性能會變差，尤其是在熱環境和高負載運轉下硅油會變干。此時，IGBT的基板以及散熱器的接觸面會由于硅油變干重新出現空隙，空氣也會重新進入，熱阻會繼續提高。而熱量如果在IGBT中累積并變得越來越多，并且無法釋放，當IGBT的結溫(junction temperature)達到極限，IGBT的性能會變差、失效甚至被損壞。

為了解決上述技術問題，現有技術只能通過應用更好的硅油或采用更好的涂覆成型工藝(smearing process)來試圖延長硅油的壽命。然而，硅油始終會失效，IGBT也會失效。目前我們無從得知IGBT何時會由于導熱介質的失效而失效，以便及時更換IGBT。

發明內容

本發明第一方面提供了IGBT的失效檢測方法，其中，包括如下步驟：S1，檢測所述IGBT的當前集電極電流和當前飽和導通壓降；S2，基于一個預警溫度值下的所述IGBT的第一集電極電流和第一飽和導通壓降的第一對應關系，查詢所述IGBT的當前集電極電流所對應的第一飽和導通壓降；S3，比較所述IGBT的當前飽和導通壓降和所述對應的第一飽和導通壓降，當所述IGBT的當前飽和導通壓降高于所述對應的第一飽和導通壓降時，則判斷IGBT有失效可能。本發明提供的IGBT的失效檢測方法效率更高，IGBT由于其基板和散熱器之間的導熱介質(如硅油)的性能變壞而引起的損壞可以被避免，與現有技術相比，本發明維持費用低，并具有更高的可靠性。此外，本發明的失效檢測機制使得IGBT可以循環重復利用，有利于環保，并降低了功耗。

進一步地，在所述步驟S3之后還包括如下步驟：S4，計算所述IGBT的當前熱阻值，當所述IGBT的當前熱阻值與預設的初始熱阻值的比值高于一個預警系數時，則確定IGBT失效。這提供了對IGBT更精確的判斷步驟。

進一步地，所述步驟S4還包括如下步驟：檢測IGBT裝配的散熱器的溫度值，并基于如下公式計算所述IGBT的當前熱阻值，其中，R_th為IGBT的當前熱阻值，T_j為IGBT的當前結溫，T_c為所述IGBT裝配的散熱器的溫度值，P為IGBT熱損耗值。根據上述公式可以求得IGBT的當前熱阻值。

進一步地，IGBT的當前結溫T_j為所述預警溫度值。將IGBT的當前結溫視為預警溫度值有利于將IGBT的基板和散熱器之間的導熱材料關聯于IGBT的熱阻值。