[發(fā)明專利]電力電子開關器件結(jié)溫在線監(jiān)測裝置、檢測電路及測試方法

在審

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• 申請日: 2016-12-31
• 公開（公告）號: CN106771951A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發(fā)明（設計）人: 譚國俊;耿程飛;李浩;張經(jīng)緯;王凱;吳義可
• 申請（專利權(quán)）人: 徐州中礦大傳動與自動化有限公司
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 南京眾聯(lián)專利代理有限公司32206
• 代理人: 杜靜靜

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置，具體涉及一種電力電子開關器件結(jié)溫在線監(jiān)測裝置，屬于電力電子技術(shù)領域。

背景技術(shù)

隨著電力電子技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，電力電子器件作為能源變換和傳輸?shù)暮诵钠骷?，其應用范圍越來越廣泛。功率變換器系統(tǒng)運行時，由于器件的開關損耗和導通損耗會使其芯片的溫度升高，使得器件內(nèi)部材料承受熱應力，加速了開關器件老化程度以及失效率，導致變換器發(fā)生故障。

開關器件的結(jié)溫估計對其可靠性，健康狀態(tài)以及使用壽命評估具有重要意義。精確測量器件結(jié)溫是電力電子領亟需解決的問題。然而目前沒有一個較為可靠的辦法能夠直接測量或估算結(jié)溫。大多是通過測量器件基板或散熱片溫度，來反推器件結(jié)溫。近些年，研究人員提出了一些根據(jù)器件熱敏感電參數(shù)(Thermo-Sensitive Electrical Parameter TSEP)來估計器件結(jié)溫。即當芯片溫度隨著運行工況變化時，待測器件相應的外部電氣參數(shù)也會隨之變化。通過對熱敏感電參數(shù)的測量，即可對芯片結(jié)溫進行逆向預估。

目前，常用的根據(jù)TSEP來進行結(jié)溫估計方法包括導通電壓測量法、閾值電壓法，短路電流法，最大電壓變化率法，最大電流變化率法等，這些測量條件要求高，并且提取較為困難。其中導通壓降參數(shù)對熱較為敏感，但是由于器件在正常工作時，開通電壓較低，一般幾伏之內(nèi)。關斷時承受的電壓則在幾百伏甚至高達上千伏。器件兩端的電壓動態(tài)范圍變化較大，很難精確測量由于溫度變化而引起的導通壓降毫伏級別的變化。本領域的技術(shù)人員一直嘗試新的方案，但是該問題一直沒有得到妥善解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明正是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題，提供一種電力電子開關器件結(jié)溫在線監(jiān)測裝置，該技術(shù)方案采用動態(tài)探測導通壓降法能夠在在器件導通時，通過可控開關，去探測電力電子開關器件的導通壓降，當器件關斷后，不再去探測，這樣能夠降低導通壓降探測電路的動態(tài)范圍，大大提高測量精度。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下，一種電力電子開關器件結(jié)溫在線監(jiān)測裝置，其特征在于，所述在線監(jiān)測裝置包括主控制單元、待測電力電子開關器件、電流檢測單元、V_ce(on)檢測單元以及AD采集單元，其中主控制單元包括器件驅(qū)動單元和結(jié)溫計算單元，電流檢測單元用于采集器件導通狀態(tài)下流過器件的電流I_c，V_ce(on)檢測單元用于采集電力電子開關器導通狀態(tài)下的某一額定時間段的導通壓降V_ce，通過V_ce(on)檢測單元內(nèi)的模擬電路得出等效導通壓降信號V_ce(on，AD采集單元完成模擬電流和電壓到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，器件驅(qū)動單元，用于提供待測器件的門極的驅(qū)動信號V_g和V_ce(on)檢測單元開關信號V_p(mos)，結(jié)溫計算單元，用于通過采集器件導通狀態(tài)的電流I_c和導通壓降V_ce(on)，查表計算得到器件的工作結(jié)溫T_j。

作為本發(fā)明的一種改進，所述電流檢測單元采用電流互感器或者羅氏線圈或者電阻測量法中的一種進行檢測。

作為本發(fā)明的一種改進，所述V_ce(on)檢測單元，包含一個電子開關Q1，以及電壓采樣電路，所述電子開關Q1串聯(lián)在電壓采樣電路的輸入端。

作為本發(fā)明的一種改進，所述V_ce(on)檢測單元使電力電子開關器件在電子開關Q1開通狀態(tài)下的某一時間段內(nèi)接入檢測系統(tǒng)，在電力電子開關器件其他狀態(tài)下與電力電子開關器件結(jié)溫在線檢測系統(tǒng)斷開，從而保護V_ce(on)檢測單元并能精確測量電力電子開關器件開通狀態(tài)下的導通壓降。

作為本發(fā)明的一種改進，所述電壓采樣電路、包括電阻R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6以及運算放大器U3，其中電阻R7、R8、R9、R10、電容C4、C5、C6以及運算放大器U3，所述R7的另一端連接C4的一端，同時連接R9，C5的一端和U3的正極性輸入；所述C4的另一端連接U3的負極性輸入以及R8的一端，同時連接R10，C6的一端；所述R8的另一端接地；所述R10的另一端連接C6的另一端，同時連接到U3的輸出端Vce。