[發(fā)明專利]IGBT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路及其半橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測電路

有效

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• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111044876B
• 公開（公告）日: 2021-03-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 孫鵬菊;王緒龍;孫林;羅全明;杜雄
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01R31/26
• 分類號: G01R31/26
• 代理公司: 重慶博凱知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 50212
• 代理人: 黃河

本發(fā)明公開了一種IGBT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路及其半橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測電路，該監(jiān)測電路包括恒流源電路和Vce測量電路；所述恒流源電路包括并聯(lián)連接的大電流恒流電路和小電流恒流電路，所述大電流恒流電路用于向IGBT模塊注入大幅值電流，所述小電流恒流電路用于向IGBT模塊注入小幅值電流；所述Vce測量電路用于測量IGBT模塊中集電極與發(fā)射極之間的電壓。該半橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測電路包括上管監(jiān)測電路和下管監(jiān)測電路，本方案的監(jiān)測電路在對IGBT模塊進(jìn)行監(jiān)測時，消除了結(jié)溫不同對鍵合線狀態(tài)監(jiān)測的判斷誤差，提高測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，同時集成度高，體積小，安全性能好，適于工業(yè)現(xiàn)場的實際應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種IGBT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路及其半橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測電路。

背景技術(shù)

電力電子裝置在新能源發(fā)電、軌道交通牽引、電動汽車、航空航天等領(lǐng)域得到了廣泛運用。隨著電壓等級和功率等級的不斷提升，對于電力電子裝置的可靠性要求也越來越高。功率半導(dǎo)體器件，包括應(yīng)用最廣泛的絕緣柵雙極性晶體管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)模塊，是電力電子裝置中失效率最高的器件之一，因此研究IGBT模塊的可靠性，對IGBT模塊進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測，在災(zāi)難性故障還未到來之前及時更換模塊，對提升整個電力裝置可靠性具有重大的意義。

鍵合線退化是IGBT功率半導(dǎo)體器件最常見的封裝失效模式之一，它會導(dǎo)致芯片表面與鍵合線的連接處產(chǎn)生裂紋，然后逐漸擴(kuò)散直到鍵合線完全脫落。部分鍵合線脫落后，剩余的鍵合線會承受更大的電流密度，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個臨界值后，鍵合線會因為過高的焦耳熱而直接融化，從而使得芯片出現(xiàn)徹底的開路故障，導(dǎo)致整個系統(tǒng)運行異常，發(fā)生不可預(yù)知的事故。

現(xiàn)有的對IGBT模塊鍵合線狀態(tài)檢測的方法主要有離線檢測和在線檢測。離線檢測主要有X光檢測、超聲波探測、渦流脈沖成像等技術(shù)，這些技術(shù)更多運用于故障后模塊失效分析，不適用于工業(yè)現(xiàn)場對IGBT模塊鍵合線狀態(tài)進(jìn)行檢測。在線檢測的方法主要有根據(jù)門極電壓、門極電流、測量IGBT飽和壓降等方法，門極電壓和門極電流檢測適用于多芯片并聯(lián)的IGBT模塊，只有當(dāng)其中一個IGBT芯片完全損壞后，門極電壓和電流才發(fā)生劇烈變化從而檢測出來；IGBT飽和壓降的方法是利用鍵合線脫落后，模塊兩端等效寄生電阻增大的原理檢測鍵合線健康狀態(tài)，但是由于鍵合線老化導(dǎo)致的寄生電阻增大變化微小，同時IGBT芯片電壓還受到芯片溫度的影響，現(xiàn)有的利用IGBT飽和壓降來檢測鍵合線脫落的裝置存在沒有考慮結(jié)溫對測量結(jié)果的影響，測量結(jié)果不準(zhǔn)確的問題；同時上述在線檢測方法的檢測裝置普遍存在體積龐大，集成度低等問題，不利于工業(yè)現(xiàn)場實際應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：如何提供一種測量結(jié)果準(zhǔn)確，且集成度高，利于工業(yè)現(xiàn)場實際應(yīng)用的IGBT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路。

另外，本發(fā)明還提供一種應(yīng)用該IBGT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路的半橋結(jié)構(gòu)監(jiān)測電路。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種IGBT模塊鍵合線狀態(tài)監(jiān)測電路，包括恒流源電路和Vce測量電路；所述恒流源電路包括并聯(lián)連接的大電流恒流電路和小電流恒流電路，所述大電流恒流電路用于向IGBT模塊注入大幅值電流，所述小電流恒流電路用于向IGBT模塊注入小幅值電流；所述Vce測量電路用于測量IGBT模塊中集電極與發(fā)射極之間的電壓。