[发明专利]一种基于米勒平台持续时间的IGBT结温监测系统和方法

说明书

一种基于米勒平台持续时间的IGBT结温监测系统和方法，包括了栅极驱动芯片、信号提取与预处理电路、时间测量电路和控制器，信号提取与预处理电路的一端经时间测量电路与控制器的一端连接，控制器的另外一端与IGBT器件驱动电路的栅极驱动芯片连接，驱动芯片分别与IGBT器件和信号提取与预处理电路连接，信号提取与预处理电路是通过提取IGBT器件开通过程中栅射极电压信号中的米勒平台持续时间作为IGBT结温监测的特征参数进行初始状态设定与实时结温在线监测。本发明可实现在线监测，结温提取不影响IGBT的工作，可直接用于IGBT的结温监测与一般寿命评估，可有效解决目前IGBT结温监测技术中缺乏有效的特征参数问题。

技术领域

本发明涉及IGBT结温监测技术领域，具体涉及一种基于米勒平台持续时间的IGBT结温监测系统和方法。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)，广泛应用于工业中，例如航空航天、直流输电、电动汽车等领域，对于系统的控制、系统功耗的降低等起着至关重要的作用，然而IGBT模块在实际应用中，受到各种工况的影响，IGBT在不断的开通关断过程中，芯片被不断地加热和冷却，导致芯片发生微变化，单次的微变化并不会影响器件的正常工作，但是多次的微变化会逐渐积累，导致IGBT模块因热退化而失效，若器件发生突发性损坏，会对电气设备造成严重的故障，甚至会造成灾难性事故；因此，对IGBT进行结温监测进而预测IGBT的寿命就至关重要。

目前，IGBT结温检测技术是提高IGBT器件可靠性的最有效的方法。若能实现实时在线监测IGBT结温，就可以预估IGBT的剩余寿命，实现对IGBT模块热老化和故障状态的监测，及时更换器件，进而避免造成更大的损失；状态检测是指监测出系统早期微弱的故障，如果监测的数据逐渐偏离健康状态值，则要评估当前状态偏离正常值的程度，即故障级别；电力电子中IGBT器件的状态监测研究中主要缺乏有效的状态监测特征参数；通常对于IGBT芯片结温的监测采用器件内部与温度有着一一对应关系并且受温度影响将会使IGBT器件的工作电气特征呈现单调变化的趋势的参数；这些参数包括短路电流、栅极阈值电压、开通延迟时间、关断延迟时间等。

传统的IGBT结温检测技术在提取的过程中会影响IGBT的正常工作，而且不能在线实时监测。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供可实时在线监测，特征参数的提取不影响IGBT的正常工作的一种基于米勒平台持续时间的IGBT结温监测系统和方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于米勒平台持续时间的IGBT结温监测系统，包括了栅极驱动芯片、信号提取与预处理电路、时间测量电路和控制器，所述信号提取与预处理电路的一端经时间测量电路与控制器的一端连接，所述控制器的另外一端与IGBT器件驱动电路的栅极驱动芯片连接，所述驱动芯片分别与IGBT器件和信号提取与预处理电路连接，所述信号提取与预处理电路是通过提取IGBT器件开通过程中栅射极电压信号中的米勒平台持续时间作为IGBT结温监测的特征参数进行初始状态设定与实时结温在线监测。

进一步的，所述信号提取与预处理电路，包括：微分单元、比较单元和隔离单元；所述微分单元，包括阻容电路，可产生步进式输入信号差分变换，所述阻容电路将IGBT开通过程中电压信号米勒平台前后两个上升沿信号提取出来，变换成模拟脉冲信号；所述比较单元将差分级的两个模拟脉冲都正确地转换为数字量，将微分单元与比较器的负输入端连接，同时比较器的正输入端通过电阻R2与基准电压相连，实现微分单元的模拟量与基准电压进行比较，将微分单元获得的脉冲模拟信号转换为同周期的数字信号；所述隔离单元防止电路的相互干扰，并对比较单元输出的电压进行调制。