[发明专利]一种用于大功率IGBT的结壳瞬态热阻抗的测量方法

说明书

本发明公开了一种用于大功率IGBT的结壳瞬态热阻抗的测量方法，包括获取IGBT温敏参数定标曲线、获取IGBT冷却过程中结温和壳温的降温曲线、降温曲线的偏移校正和拟合降温曲线获取瞬态结壳热阻抗参数四个步骤。本发明利用热敏参数法测量出大功率IGBT在冷却过程中结温的降温曲线，同时利用热电偶法获取IGBT壳温的降温曲线，然后利用曲线拟合获取IGBT的瞬态热阻抗参数。此方案操作方便，使用范围广，同时可以较为直接准确的获取IGBT内部的瞬态热阻抗参数，可以用于大功率IGBT在实际运行中预测结温变化趋势，从而进一步进行热稳定评估。

技术领域

本发明属于半导体器件的热瞬态过程分析技术领域，特别涉及一种大功率IGBT结壳瞬态热阻抗的测量方法，用于大功率IGBT在实际运行中预测结温变化趋势，从而进一步进行热稳定评估。

背景技术

近年来，大功率电力电子装置在电网中的应用越来越广泛(例如MMC，STATCOM等)，同时其电压等级和功率等级也越来越高。因此对应用于此类电力电子装置的IGBT的电压等级和容量的要求也越来越高。目前此类装置在选取IGBT型号时主要依靠经验值，主要目的是为了避免IGBT过电压或者过热失效，因此IGBT的容量会留有较大的裕度。

采取经验值的方式选取IGBT可以使得IGBT的容量留有较大的裕度，能够保证装置运行过程中IGBT稳定安全运行，但是造成了一定程度的浪费，从经济性和节能方面考虑均是不可取的。

因此为了最大程度的减小上述电力电子装置的成本，充分使用IGBT的容量。需要获取IGBT内部完整的瞬态热阻抗数据，并在装置设计时作为选取IGBT型号的参考依据，使IGBT工作在热稳定状态的同时，又能使其的容量得到最大程度的利用。

发明内容

为了解决上述技术问题，提出了一种用于大功率IGBT的结壳瞬态热阻抗的测量方法，利用热敏参数法测量出大功率IGBT在冷却过程中结温的降温曲线，同时利用热电偶法获取IGBT壳温的降温曲线，从而可以获得瞬态热阻抗曲线，然后利用曲线拟合获取IGBT的瞬态热阻抗参数。此方案可以较为直接准确的获取IGBT内部的瞬态热阻抗参数，可以用于大功率IGBT在实际运行中预测结温变化趋势，从而进一步进行热稳定评估。

本发明采用下述技术方案：

一种用于大功率IGBT的结壳瞬态热阻抗的测量方法，包括以下步骤：

步骤一，利用温敏电参数法，获取温敏参数定标曲线及拟合关系式，温敏参数包括结温T_j和饱和压降Vce；

步骤二，对IGBT进行冷却实验，获取IGBT在冷却过程中结温和壳温的降温曲线；

步骤三，对获取的结温的降温曲线进行偏移校正，去除初始阶段的电子干扰，并找出准确的初始结温；

步骤四，对偏移校正后的结温和壳温的降温曲线进行做差，获取瞬态热阻抗曲线，然后通过瞬态热阻抗模型拟合曲线获取瞬态结壳热阻抗参数。

本发明进一步的改进在于，步骤一中的温敏电参数法具体包括：

首先将IGBT置于恒温箱中，则稳定后结温等于恒温箱的温度，并使其通过电流I_c，电流I_c的大小为100mA-1A；然后测量IGBT的饱和压降Vce，改变恒温箱的温度，在20℃-150℃范围内重复上述步骤，最后对获取的数据以结温T_j为应变量，饱和压降V_ce自变量为进行线性拟合，得到拟合关系式。

本发明进一步的改进在于，步骤二中的对IGBT进行冷却实验具体包括：

首先让IGBT工作在额定工作状态，稳定后切断IGBT的正常工作状态，并通过电流I_c维持导通，IGBT开始自然冷却降温，测量在冷却过程中结温和壳温的降温曲线。