[发明专利]多路IGBT结温及热疲劳实时监控系统

摘要

本发明公开了多路IGBT结温及热疲劳实时监控系统，该系统是基于FPGA实现的一种可靠性测试系统，适用于实时监控IGBT的结温。该系统选取栅极与集电极短路时的电压V_GE作为IGBT的温度敏感参数，在降温过程，测量该温度敏感参数，并对其采用线性拟合和最小二乘法方法，推导出结温与时间t的关系，进而反推结温。该系统不仅可以实时监控被测器件的结温，还可以利用PID自校准算法加速产品的失效进程，有效缩短实验时间，最终完成IGBT热疲劳实验。在此基础上，增加过流、过压、过温保护任务，通过报警并自动断电的方式，可以实时保护IGBT器件，完成热疲劳监控任务。本发明可根据实际应用需要对系统进行功能扩展和完善，进一步丰富IGBT结温及热疲劳实时监控系统的功能。

主权项

多路IGBT结温及热疲劳实时监控系统，其特征在于：该系统选取栅极与集电极短路时的电压V_GE作为IGBT的温度敏感参数，测量不同温度下的V_GE值，画出校准曲线，并对它进行线性拟合，得到结温T_J与V_GE关系；利用最小二乘法拟合出V_GE和时间t的关系，利用这一关系反推结温T_J；该系统通过PID自校准算法控制I_C大小，间接实现器件温度控制，其在恒温条件下完成热疲劳实验，满足在降温过程同时监测8路及以上被测器件的结温；通过监控被测器件的电流、电压值，可以监控被测器件的热疲劳状态，安全高效，能够准确有效预测器件的可靠性；本发明采用如下技术方案：多路IGBT结温及热疲劳实时监控系统，该系统由多组控制单元组成，各控制单元并列布置，每个控制单元的硬件包括核心控制板模块、数据采集模块、信号监测模块、电流源模块、开关切换模块、通讯模块、电源模块、PC机主控模块；各组控制单元的通讯模块、PC机主控模块通过HUB接口连接，电流源模块、开关切换模块、数据采集模块、信号监测模块、通讯模块分别与核心控制板模块连接，电流源模块与开关切换模块连接；电源模块、信号监测模块分别与电源模块连接；电流源模块、信号监测模块、数据采集模块分别与DUT连接；整个测试系统的各个功能指标如下：所述核心控制板模块：该模块配置有多个存储芯片，使其拥有足够的程序运行空间和数据存储空间，能够满足通用性的要求；它能够对各模块发送指令并接收传输的数据；所述数据采集模块：在时序模块控制下，对实时测试的电学信号进行采集，并存入下位机中，AD采样频率最高可达到10MHz；所述信号监测模块：该模块用于监控IGBT的管壳温度，测试电流以及V_GE电压参数，将各参数信号传送给数据采集卡,实现监测功能；所采用的温度传感器是四线法连接的铂电阻PT100；采样定值电阻电压，得到被测器件加热电流；通过窗口电压电路设计，提高了V_GE数据采集精度并保护了电路；所述电流源模块：该部分主要提供测试电流和加热电流；其中测试电流用于获得敏感参数电压V_CE；加热电流为IGBT施加功率；所述开关切换模块：通过开关切换，控制加热电流和测试电流通断，仅有测试电流通过时，得到被测器件的热敏感参数，进而推断器件的结温；所述通讯模块：本模块通过特定的通信协议使上下位机之间进行通信，各通讯模块之间通过LAN进行数据传输；所述电源模块：系统的供电电源采用各模块独立的设计方法；设计中使用AC/DC电源给整个系统供电，而内部电路则采用DC/DC隔离电源给系统的各个独立模块供电；所述PC机主控模块：主控模块为一台PC机，通过控制各个功能模块完成系统监控任务；本系统提供的多路IGBT结温及热疲劳实时监控系统，以核心控制板模块为控制核心，外接开关切换模块、电流源模块、数据采集模块、信号监测模块、通信模块硬件模块。