[发明专利]基于饱和压降测量IGBT功率模块结温的在线检测装置

说明书

本发明提供了基于饱和压降测量IGBT功率模块结温的在线检测装置，该装置选取小电流下集电极和发射极的电压V_CE作为温度敏感参数，其中所述的检测装置包括：温箱实验单元，确定在小电流下饱和压降V_CE与结温T_j之间的函数关系；在功率循环条件下通过开关IGBT模块控制大电流关断，监测待测IGBT关断瞬间的V_CE的变化，然后带入预先求出的函数关系得到结温T_j的变化过程。该装置可以实时地检测IGBT的结温。在此基础上，该装置增加过流、过温单元，通过自动断电的方式，实时保护IGBT器件，因此，本发明获得的IGBT的结温比现有技术中通过开盖或者改变电路结构得到的IGBT结温更加的简便快捷。

技术领域

本发明涉及基于饱和压降测量IGBT功率模块结温的在线检测装置，属于温度检测装置领域，特别涉及一种IGBT模块结温在线检测装置。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是一种复合全控型电压驱动式功率半导体器件，它综合了金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和巨型晶体管(GTR)的优点，具有高输入阻抗、易驱动、开关速度快、低导通压降及耐高压与大电流等特性，使其成为大功率电力电子装置的理想功率元件，在轨道交通、航空航天、新能源汽车、风力发电等反复加速减速、起动/停止的电能变换场合得到广泛应用。

在这些大功率电力电子装置的应用中，一方面IGBT模块的工作电压、电流很大，其功耗和芯片工作结温都很高；另一方面由于反复加热、冷却，IGBT模块的结温波动也很显著。随着功率的提升，IGBT模块过热的问题越来越严重，导致其服役寿命降低。为确保IGBT模块能够长期安全可靠地运行，需要对IGBT的结温进行在线监测。

IGBT模块本身具有一个最高工作结温限制，这可从数据手册中获知，如果模块的工作结温超过此限定值，则模块的安全会受到严重威胁，如果能在线测量出模块的结温，就能及时知道模块目前的结温波动状况，便于采取相应的控制措施来减小结温，增加模块的使用寿命。

目前，IGBT结温测量方法主要分为以下四种：物理接触法、光学法、热网络法和温敏参数法。物理接触法需要接触测量，易受封装材料(如硅胶)干扰；光学法：不适合全封装模块，只适合在实验室研究开封模块，而且整套设备价格昂贵。热网络法:IGBT模块焊料层老化后，热网络参数会发生变化，再用原来的热参数进行结温计算将产生较大误差。

温敏参数法：只需测量IGBT模块外部电参量，不需要改变模块封装结构，测量相对简单，且精度非常高。

本发明利用电气参数饱和压降V_CE的温度敏感性来在线检测结温T_j。

发明内容

本发明提供一种基于饱和压降测量的IGBT功率模块结温在线检测方法，能够及时准确的在线检测IGBT的结温。

本发明采用的技术方案为基于饱和压降测量的IGBT功率模块结温的在线检测装置，该装置包括温箱实验单元101、功率循环实验单元106、驱动单元102、保护单元103、待测IGBT模块单元105、小电流测试单元104、数据采集单元107。温箱实验单元101、驱动单元102均与待测IGBT模块单元105连接，驱动单元102、保护单元103与功率循环实验单元106连接，小电流测试单元104、功率循环实验单元106和待测IGBT模块单元105连接，待测IGBT模块单元105与数据采集单元107连接。

所述的温箱实验单元101，温箱实验单元101中IGBT模块的栅极VGE常开，持续通入小电流，用于确定在小电流下不同结温T_j对应的饱和压降V_CE，对所得数据采用线性拟合和最小二乘法方法，得到出饱和压降VCE与结温T_j的函数关系(如图3所示)，以此函数关系为依据，计算功率循环实验条件下IGBT的结温。