[发明专利]一种变流器IGBT功率模块结温测量的自标定方法

说明书

本发明涉及一种变流器IGBT功率模块结温测量的自标定方法，包括以下步骤：1)获取IGBT模块的三维温敏特性表，具体包括以下步骤：11)变流器自热：在关闭变流器冷却装置的条件下，控制变流器通过负载进行加载，使IGBT模块温度逐渐升高达到指令值；12)自热完成后，闭锁IGBT门极信号关断负载电流，使自热完成后的IGBT模块温度T_c缓慢下降至环境温度；13)在IGBT模块温度缓慢下降至环境温度的过程中，对IGBT模块进行双脉冲测试的电流扫描和温度扫描，获取IGBT模块基于电压变化率dv/dt的三维温敏特性表dv/dt＝f(T_j,i)；2)根据三维温敏特性表dv/dt＝f(T_j,i)以及待测IGBT模块实际测得的运行电流和电压数据计算IGBT模块的运行结温。与现有技术相比，本发明具有适用于工业现场、测量简便、测量准确等优点。

技术领域

本发明涉及电力电子器件结温测量领域，尤其是涉及一种变流器IGBT功率模块结温测量的自标定方法。

背景技术

结温是IGBT功率模块中电力电子器件的重要状态变量，能直接反映器件安全裕量、健康状态以及运行性能等。然而由于模块封闭式结构、器件芯片尺寸小且温度分布不均以及变流器高电压、大电流、高频率运行等原因，IGBT模块的结温测量十分困难。作为变流器核心部件，研发简便、准确、安全的IGBT模块结温测量技术对变流器性能评估，优化设计以及状态监测与故障诊断都具有重要工程意义。

目前，对IGBT功率模块的结温测量技术主要分为两类：1)基于传感器的直接测量法，如：利用热电偶，光纤以及集成二极管等温度传感器进行测温的方法；2)基于温敏参数的间接测量法，如：利用通态压降，开关延迟时间，内部门极电阻等与器件结温直接相关的温敏参数进行测温的方法。直接测量法对传感器的安放位置有较高要求，此外还存在响应速度慢、硬件结构复杂以及绝缘安全等问题。温敏参数法则具有非侵入式测量的特点，无需改变被测系统的硬件结构，已成为结温测量技术发展的主要方向。使用温敏参数法的前提是能够准确建立温敏参数与器件结温间的函数关系，即温敏特性。现有技术都是在实验室中利用专业设备通过一系列标定实验对器件温敏特性进行测量。但由于器件特性的分散性，每个IGBT功率模块的温敏特性均不完全相同，这使得现有的结温测量技术很难直接应用于工程实际系统中。为克服现有技术的不足，本发明提出一种适用于在工业现场实施的变流器IGBT功率模块结温测量的自标定方法。

文献Online Junction Temperature Extraction with Turn-off Delay Timefor High Power IGBTs提出一种基于温敏参数“关断延迟时间”的IGBT结温测量方法。该方法根据IGBT的关断延迟时间、关断电压、电流与结温间的定量关系对IGBT结温进行测量。该方法对测量设备的精度要求高、测量难度大，因此温敏特性标定实验只能在实验室中进行，很难直接应用于工程实际系统。

文献Comparison of Junction Temperature Evaluations in a Power IGBTModule Using an IR Camera and Three Thermosensitive Electrical Parameters提出一种基于温敏参数“饱和压降”的IGBT结温测量方法。测温过程中，该方法向IGBT中注入一个恒定幅值的测量电流并测量IGBT饱和压降。由于测量电流会影响变流器正常运行且需要外加硬件电路实现，因此该方法只能在实验室中对温敏特性进行标定，很难直接应用于工程实际系统。