[發(fā)明專(zhuān)利]基于飽和壓降測(cè)量IGBT功率模塊結(jié)溫的在線檢測(cè)裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710163220.X
• 申請(qǐng)日: 2017-03-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106969851B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 安彤;趙靜毅;秦飛;別曉銳;方超
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01K7/24
• 分類(lèi)號(hào): G01K7/24
• 代理公司: 11203 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 沈波

本發(fā)明提供了基于飽和壓降測(cè)量IGBT功率模塊結(jié)溫的在線檢測(cè)裝置，該裝置選取小電流下集電極和發(fā)射極的電壓V_CE作為溫度敏感參數(shù)，其中所述的檢測(cè)裝置包括：溫箱實(shí)驗(yàn)單元，確定在小電流下飽和壓降V_CE與結(jié)溫T_j之間的函數(shù)關(guān)系；在功率循環(huán)條件下通過(guò)開(kāi)關(guān)IGBT模塊控制大電流關(guān)斷，監(jiān)測(cè)待測(cè)IGBT關(guān)斷瞬間的V_CE的變化，然后帶入預(yù)先求出的函數(shù)關(guān)系得到結(jié)溫T_j的變化過(guò)程。該裝置可以實(shí)時(shí)地檢測(cè)IGBT的結(jié)溫。在此基礎(chǔ)上，該裝置增加過(guò)流、過(guò)溫單元，通過(guò)自動(dòng)斷電的方式，實(shí)時(shí)保護(hù)IGBT器件，因此，本發(fā)明獲得的IGBT的結(jié)溫比現(xiàn)有技術(shù)中通過(guò)開(kāi)蓋或者改變電路結(jié)構(gòu)得到的IGBT結(jié)溫更加的簡(jiǎn)便快捷。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于飽和壓降測(cè)量IGBT功率模塊結(jié)溫的在線檢測(cè)裝置，屬于溫度檢測(cè)裝置領(lǐng)域，特別涉及一種IGBT模塊結(jié)溫在線檢測(cè)裝置。

背景技術(shù)

絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)是一種復(fù)合全控型電壓驅(qū)動(dòng)式功率半導(dǎo)體器件，它綜合了金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)和巨型晶體管(GTR)的優(yōu)點(diǎn)，具有高輸入阻抗、易驅(qū)動(dòng)、開(kāi)關(guān)速度快、低導(dǎo)通壓降及耐高壓與大電流等特性，使其成為大功率電力電子裝置的理想功率元件，在軌道交通、航空航天、新能源汽車(chē)、風(fēng)力發(fā)電等反復(fù)加速減速、起動(dòng)/停止的電能變換場(chǎng)合得到廣泛應(yīng)用。

在這些大功率電力電子裝置的應(yīng)用中，一方面IGBT模塊的工作電壓、電流很大，其功耗和芯片工作結(jié)溫都很高；另一方面由于反復(fù)加熱、冷卻，IGBT模塊的結(jié)溫波動(dòng)也很顯著。隨著功率的提升，IGBT模塊過(guò)熱的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，導(dǎo)致其服役壽命降低。為確保IGBT模塊能夠長(zhǎng)期安全可靠地運(yùn)行，需要對(duì)IGBT的結(jié)溫進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。

IGBT模塊本身具有一個(gè)最高工作結(jié)溫限制，這可從數(shù)據(jù)手冊(cè)中獲知，如果模塊的工作結(jié)溫超過(guò)此限定值，則模塊的安全會(huì)受到嚴(yán)重威脅，如果能在線測(cè)量出模塊的結(jié)溫，就能及時(shí)知道模塊目前的結(jié)溫波動(dòng)狀況，便于采取相應(yīng)的控制措施來(lái)減小結(jié)溫，增加模塊的使用壽命。

目前，IGBT結(jié)溫測(cè)量方法主要分為以下四種：物理接觸法、光學(xué)法、熱網(wǎng)絡(luò)法和溫敏參數(shù)法。物理接觸法需要接觸測(cè)量，易受封裝材料(如硅膠)干擾；光學(xué)法：不適合全封裝模塊，只適合在實(shí)驗(yàn)室研究開(kāi)封模塊，而且整套設(shè)備價(jià)格昂貴。熱網(wǎng)絡(luò)法:IGBT模塊焊料層老化后，熱網(wǎng)絡(luò)參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，再用原來(lái)的熱參數(shù)進(jìn)行結(jié)溫計(jì)算將產(chǎn)生較大誤差。

溫敏參數(shù)法：只需測(cè)量IGBT模塊外部電參量，不需要改變模塊封裝結(jié)構(gòu)，測(cè)量相對(duì)簡(jiǎn)單，且精度非常高。

本發(fā)明利用電氣參數(shù)飽和壓降V_CE的溫度敏感性來(lái)在線檢測(cè)結(jié)溫T_j。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種基于飽和壓降測(cè)量的IGBT功率模塊結(jié)溫在線檢測(cè)方法，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的在線檢測(cè)IGBT的結(jié)溫。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案為基于飽和壓降測(cè)量的IGBT功率模塊結(jié)溫的在線檢測(cè)裝置，該裝置包括溫箱實(shí)驗(yàn)單元101、功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)單元106、驅(qū)動(dòng)單元102、保護(hù)單元103、待測(cè)IGBT模塊單元105、小電流測(cè)試單元104、數(shù)據(jù)采集單元107。溫箱實(shí)驗(yàn)單元101、驅(qū)動(dòng)單元102均與待測(cè)IGBT模塊單元105連接，驅(qū)動(dòng)單元102、保護(hù)單元103與功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)單元106連接，小電流測(cè)試單元104、功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)單元106和待測(cè)IGBT模塊單元105連接，待測(cè)IGBT模塊單元105與數(shù)據(jù)采集單元107連接。

所述的溫箱實(shí)驗(yàn)單元101，溫箱實(shí)驗(yàn)單元101中IGBT模塊的柵極VGE常開(kāi)，持續(xù)通入小電流，用于確定在小電流下不同結(jié)溫T_j對(duì)應(yīng)的飽和壓降V_CE，對(duì)所得數(shù)據(jù)采用線性擬合和最小二乘法方法，得到出飽和壓降VCE與結(jié)溫T_j的函數(shù)關(guān)系(如圖3所示)，以此函數(shù)關(guān)系為依據(jù)，計(jì)算功率循環(huán)實(shí)驗(yàn)條件下IGBT的結(jié)溫。