[实用新型]一种判定电力电子模块失效的检测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及电力电子功率模块领域，尤其涉及一种判定电力电子模块失效的检测装置。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated gate bipolar transistor, IGBT)自20世纪80年代来发展迅速，已作为标准组件广泛应用于大功率能源变换与输送场合，特别在轨道牵引、航空航天、电动汽车、智能电网和新能源发电等领域扮演着不可或缺的角色。伴随其应用的推广、发展与成熟，IGBT模块面临的工况环境也越来越严苛和复杂，模块功率等级和温度耐受能力的要求均逐步提升。然而，更高的工作温度意味着更大的失效风险，因为模块内部在长时间承受高温和大应力时极易发生老化、疲劳，模块损耗与传热能力将发生较大变化。所以，对于IGBT模块的失效诊断和热管理在近年来受到不少关注。

目前，对于IGBT模块的失效诊断研究尚在起步阶段。由于热是引发模块失效的最主要成因，因此大量研究侧重于IGBT模块的结温测提取，采用热网络模型、热敏电参数和有限元分析等手段计算和预测IGBT芯片结温，从而能够发现异常结温工作情况并报警。结温提取技术仅能够预警芯片过热失效损坏的情况，属于瞬态保护，但无法探查结温处在允许运行范围内的模块是否发生老化，从而无法对已经处于老化状态的模块进行保护。让发生老化的模块继续承受与正常模块无异的大电流、高电压，势必将加速其失效进程，进而威胁到整体变换器系统的工作和运行。因此，亟需一种综合性的诊断方法，在电力电子模块表面温度未发生明显异常时对其内部失效做出诊断，便于对面临失效风险的电力电子模块进行后续保护。

实用新型内容

鉴于上述情况，本实用新型提出一种判定电力电子模块失效的检测装置和方法。针对两类不同的失效机理：其一是模块内部金属部分（包括焊层、键合线等）老化、断裂、分层、脱落等原因导致的模块导电性能退化或失效，表现在模块损耗功率和特定热激励下响应速度两方面的变化；其二是模块内部非金属部分（包括填充材料、绝缘陶瓷基板等）老化、疲劳、损伤等原因导致的模块传热性能退化，表现在特定热激励下响应速度的变化。

本实用新型通过采集待测电力电子模块的电流、电压、壳温及散热器表面温度等运行数据；根据获得数据计算电力电子模块的损耗功率和温度变化率，生成电力电子模块外壳表面温度上升曲线，提取相应的温度变化时间常数，用于判定电力电子模块的失效。

为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种判定电力电子模块失效的检测装置，包括：

试验电源，用于提供测试用的试验电源；

V_GE检测单元，用于检测待测电力电子模块的栅极-发射极电压V_GE；

V_CE检测单元，用于检测待测电力电子模块的集电极-发射极电压V_CE；

壳温检测单元，用于检测待测电力电子模块的外壳温度；

散热器温度检测单元用于检测待测电力电子模块的散热器温度；

电流检测单元，用于检测待测电力电子模块的工作电流；

直流母线电压检测单元，用于检测直流母线的电压；

数据采集与分析单元，用于模/数转换、数据存储、数据处理及数据传输；

待测电力电子模块，作为测试对象，提供检测端口；

直流母线，用于连接试验电源与待测电力电子模块；

所述试验电源与电流检测单元相连，并与待测电力电子模块的负极相连，所述电流检测单元与待测电力电子模块的正极相连，电流检测单元和直流母线电压检测单元分别采集流经待测电力电子模块的电流和直流母线电压，壳温检测单元采集待测电力电子模块基板正下方温度，散热器温度检测单元采集待测电力电子模块配套散热器的表面温度，待测电力电子模块的栅极和发射极间接入电力电子模块栅极-发射极电压V_GE检测单元、集电极和发射极间接入电力电子模块集电极-发射极电压V_CE检测单元，数据采集与分析单元接收电流检测单元、直流母线电压检测单元、壳温检测单元、散热器温度检测单元、V_GE检测单元、V_CE检测单元的信号输出。

优选的，所述V_GE检测单元包括依次连接的电压传感器，整形电路及信号输出。