[发明专利]一种考虑热电偶胶水影响的IGBT老化实验热阻修正方法

摘要

本发明公开了一种考虑热电偶胶水影响的IGBT老化实验热阻修正方法。该发明基于IGBT模块功率循环加速老化实验，并考虑了在IGBT模块功率循环加速老化实验过程中热电偶胶水的脱落与替换对热阻提取值的影响。该发明在实验提取热阻过程中，通过多次判断，选择不同情况下对应的热阻修正计算式，对提取值进行修正。该发明提高了实验结果的准确度，确保了在加速老化实验过程中，IGBT模块的老化程度不会被热电偶胶水影响而误判。该发明提出的修正方法简单直观，易于操作。

主权项

1.一种考虑热电偶胶水影响的IGBT老化实验热阻修正方法，其特征在于，步骤如下：步骤1，建立IGBT模块饱和压降V_CE与IGBT模块结温T_j的关系曲线；将IGBT模块置于恒温箱内，同时，在IGBT模块两端注入恒定电流Ic，设置恒温箱中的初始温度为20℃，然后调节恒温箱的温度使之匀速上升，并从20℃起，每隔10℃采样一次IGBT模块的饱和压降V_CE直至恒温箱的温度达到120℃，将恒温箱的温度视为IGBT模块结温T_j，共获取IGBT模块饱和压降V_CE与IGBT模块结温T_j的10组数据，根据该10组数据绘制IGBT模块饱和压降V_CE与IGBT模块结温T_j的关系曲线，并记为V_CE‑T_j关系曲线；步骤2，IGBT模块功率循环加速老化实验装置的搭建；所述考虑热电偶胶水影响的IGBT老化实验为IGBT模块功率循环加速老化实验；所述IGBT模块功率循环加速老化实验装置包括加热实验电路、采集系统和冷却系统；所述加热实验电路的拓扑结构包括并联的三个支路：一个小电流支路、一个大电流支路、一个分压电阻RS和IGBT模块串联支路；所述小电流支路由一个输出电流为恒定电流Ic的小电流源和一个防止电路环流的二极管D1串联构成；所述的大电流支路由一个电压源Um、一个带有续流二极管D3的电感Lm、一个防止电路环流的二极管D2与一个开关管K1串联构成,其中电压源Um与带续流二极管D3的电感Lm等效为输出电流并作为恒定大电流I的大电流源；所述分压电阻RS和IGBT模块串联支路由一个分压电阻RS和一个IGBT模块串联构成，分压电阻RS的阻值为R；步骤3，IGBT模块功率循环加速老化实验的设定；设定在IGBT模块功率循环加速老化实验的每一次功率循环过程中，小电流支路在IGBT模块两端恒定保持注入恒定电流Ic；设定在IGBT模块功率循环加速老化实验的每一次功率循环过程中，大电流支路的关闭和启动程序相同；记第n次功率循环的启动时刻为启动时刻t_1n、第n次功率循环中大电流支路的关闭时刻为中间时刻t_2n，第n+1次功率循环的启动时刻为启动时刻t_1(n+1),在IGBT模块功率循环加速老化实验中的第n次功率循环中，大电流支路按照如下程序启动和关闭：到达启动时刻t_1n，冷却系统关闭，大电流支路启动并开始向IGBT模块注入恒定大电流I，促使IGBT模块整体温度开始上升，即实验进入加热阶段；当到达设定的中间时刻t_2n时，大电流支路关闭，冷却系统启动，促使IGBT模块整体温度开始下降，即实验进入冷却阶段；当到达所设定的下一次启动时刻t_1(n+1)时，冷却系统再次关闭，大电流支路再次启动，按此过程循环往复，直至IGBT模块老化；其中，n为功率循环次数，1<n<M，M为IGBT模块老化所需功率循环的最大次数，n和M均为正整数；步骤4，IGBT模块功率循环加速老化实验及数据采集；步骤4.1，到达启动时刻t_1n，IGBT模块功率循环加速老化实验进入第n次功率循环，进行如下采样：通过热电偶测量得到启动时刻t_1n瞬间IGBT模块的壳温，并记为IGBT模块初始壳温T_c0”；通过电压采集卡采集得到启动时刻t_1n瞬间IGBT模块的压降，并记为IGBT模块初始饱和压降V_CE0”，再根据步骤1得到的V_CE‑T_j关系曲线，得到该IGBT模块初始饱和压降V_CE0”所对应的IGBT模块结温，记为IGBT模块初始结温T_j0”；冷却系统关闭，大电流支路启动并开始向IGBT模块注入大电流I，促使IGBT模块整体温度开始上升，即实验进入加热阶段，通过电压采集卡采集并记录加热阶段中IGBT模块的饱和压降和分压电阻RS的饱和压降，设根据电压采集卡的采样频率f，电压采集卡在一个加热阶段中共进行了P次记录，将P次记录中的任一次记录记为记录i,将记录i所对应的IGBT模块饱和压降记为IGBT模块加热阶段饱和压降V_CE1i,将记录i对应的分压电阻RS的饱和压降记为分压电阻RS加热阶段饱和压降V_RS1i，i＝1,2,...P；步骤4.2，到达所设定的中间时刻t_2n时，大电流支路关闭，同时冷却系统启动，即实验进入冷却阶段，进行如下采样：通过热电偶测量得到中间时刻t_2n瞬间IGBT模块的壳温，并记为IGBT模块二次壳温T_c2”；采样中间时刻t_2n瞬间IGBT模块的压降，并记为IGBT模块二次饱和压降V_CE”，再根据步骤1获得的V_CE‑T_j关系曲线，得出该IGBT模块二次饱和压降V_CE”所对应的IGBT模块结温，并记为二次IGBT模块结温T_j”；步骤5，计算在第n次功率循环中，IGBT模块的功耗P”，其计算式如下：P”＝V_CEL”I”其中，V_CEL”为第n次功率循环过程中加热阶段IGBT模块平均饱和压降值，I”为第n次功率循环过程中加热阶段流经IGBT模块的平均电流值，其计算公式分别如下：步骤6，提取在第n次功率循环中IGBT模块的热阻值R_th(n)；将循环过程中热电偶胶水发生松动或者脱落称为胶水松落，判断在第n次功率循环过程中热电偶胶水是否松落，并根据判断结果提取第n次功率循环中的热阻值R_th(n)：第一种状态：若在第n次功率循环过程中发生胶水松落并替换胶水，则令第n次功率循环中的热阻值R_th(n)与第n‑1次功率循环中得到的热阻值R_th(n‑1)相等，即令R_th(n)＝R_th(n‑1)，并得出第n次功率循环时IGBT模块壳温修正量ΔT_cn，计算式如下：ΔT_cn＝(T_j”‑T_j0”)‑(T_c2”‑T_c0”)‑R_th(n‑1)P”第二种状态：若在第n次功率循环中未发生胶水松落，则进行下一步判断：I,若在第k次功率循环中发生了胶水松落且替换后的胶水厚度增大，则第n次功率循环中提取的热阻值R_th(n)为：Ⅱ,若在第k次功率循环中发生了胶水松落且替换后的胶水厚度减小，则第n次功率循环中提取的热阻值R_th(n)为：其中，k为发生胶水松落且替换胶水的功率循环次数中与n最近的一次功率循环的次数，k为正整数且小于n；ΔT_ck为第k次功率循环中得到的IGBT模块壳温修正量；Ⅲ，若在第1次功率循环至第n次功率循环之间未发生过热电偶胶水的替换，则本次功率循环提取的热阻值R_th(n)为：