本發(fā)明涉及一種IGBT結(jié)溫在線監(jiān)測方法及其測量電路。

背景技術(shù)：

結(jié)溫是IGBT模塊運(yùn)行中的一個(gè)重要參數(shù)，IGBT模塊本身具有最高結(jié)溫限制，一般為125～175℃，如果模塊的工作結(jié)溫超過最高結(jié)溫限定值，則很可能引起模塊過溫?zé)龤В瑢ο到y(tǒng)運(yùn)行的安全產(chǎn)生威脅。同時(shí)，IGBT的工作壽命受到溫度的影響，溫度越高，溫度波動越大，IGBT模塊的工作壽命越低。如果能對工作狀態(tài)下的IGBT模塊的結(jié)溫進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，一方面能對IGBT進(jìn)行更有效的過溫保護(hù)，防止器件失效，另一方面，可以通過實(shí)際測量的運(yùn)行結(jié)溫，對IGBT的壽命損耗進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)計(jì)，實(shí)現(xiàn)壽命監(jiān)測。

目前，IGBT的結(jié)溫測量方法包括紅外探測方法、熱傳感器法和電學(xué)方法。紅外探測使用紅外熱成像儀正對芯片的發(fā)熱區(qū)域，可以得到IGBT模塊內(nèi)部的溫度分布，但需要破壞IGBT的封裝結(jié)構(gòu)，改變器件的狀態(tài)，不能進(jìn)行工作下的實(shí)時(shí)測量和保護(hù)。熱傳感器方法通過在IGBT內(nèi)部放置熱電偶、熱電阻等對IGBT的芯片溫度進(jìn)行監(jiān)測，對于封裝和芯片安裝空間有一定要求，目前部分IGBT廠商的模塊內(nèi)部集成有NTC即是利用模塊內(nèi)部的熱電阻來對IGBT的內(nèi)部溫度進(jìn)行監(jiān)測，但是由于NTC溫度與芯片溫度有一定差異，同時(shí)其響應(yīng)時(shí)間較長，IGBT模塊的過溫?fù)p壞常常是瞬間發(fā)生，難以利用其對IGBT模塊的結(jié)溫進(jìn)行有效的實(shí)時(shí)保護(hù)。

電學(xué)方法即使利用IGBT模塊的某些電學(xué)參數(shù)的溫度敏感特性，事先對IGBT模塊的熱敏感電參數(shù)與芯片溫度的關(guān)系進(jìn)行標(biāo)定，然后當(dāng)IGBT處于工作狀態(tài)下，通過測量熱敏感電參數(shù)來間接測量芯片溫度。電學(xué)方法具有實(shí)現(xiàn)難度小，可以集成在IGBT控制電路內(nèi)，響應(yīng)速度快等特點(diǎn)。能夠進(jìn)行工作狀態(tài)下的IGBT實(shí)時(shí)結(jié)溫監(jiān)測。

IGBT的熱敏感電參數(shù)包括：閾值電壓、開關(guān)過程中的電壓電流變化率、導(dǎo)通壓降等。其中閾值電壓與溫度呈負(fù)線性關(guān)系，然而在實(shí)際運(yùn)行過程中，該參數(shù)很難在高壓強(qiáng)電環(huán)境下準(zhǔn)確測量到，并且與IGBT的電壓、電流均相關(guān)，可行性差；開關(guān)過程中的電壓電流變化率等測量方法復(fù)雜，不同電壓下的系數(shù)差別很大，且與溫度呈現(xiàn)出非線性關(guān)系；飽和壓降與溫度的線性度最好，敏感度高，相關(guān)因素少(與IGBT的電壓無關(guān)，僅與電流、溫度相關(guān))，標(biāo)定方法和測試電路相對簡單。

直接對IGBT的導(dǎo)通壓降進(jìn)行測量需要高耐壓的傳感器，所測量的導(dǎo)通壓降相對于阻斷電壓來說較小，測量精度不高，非常容易受到干擾。因此，要實(shí)現(xiàn)具有實(shí)用性的IGBT結(jié)溫在線監(jiān)測，需要解決測量精度、電壓阻斷、與高壓大電流隔離、抗干擾等問題。

申請?zhí)枮?01510245724.7的發(fā)明專利申請中提供了基于飽和壓降測試IGBT結(jié)溫的溫度定標(biāo)平臺和方法，但是并沒有給出在工作狀態(tài)下對IGBT結(jié)溫實(shí)時(shí)監(jiān)測的電路和方法。

申請?zhí)枮?01410345265.5)的發(fā)明專利申請中提供了基于飽和壓降對IGBT結(jié)溫進(jìn)行在線監(jiān)測的電路和方法，然而該電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難，且只能對單一IGBT芯片的溫度進(jìn)行監(jiān)測。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種IGBT結(jié)溫在線監(jiān)測方法，該方法能夠克服現(xiàn)有方法的不足，實(shí)現(xiàn)IGBT的高電壓阻斷，進(jìn)行高精度的飽和壓降測量；本發(fā)明的另一目的在于提供一種實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方法的測量電路。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種IGBT結(jié)溫在線監(jiān)測方法，所述監(jiān)測方法為：分別使用有溫度控制的參數(shù)測試儀對待測的IGBT模塊的上、下橋臂的IGBT和二極管在不同溫度、正向電流下的壓降進(jìn)行測量，并擬合成壓降關(guān)于溫度、電流的函數(shù)，建立標(biāo)定數(shù)據(jù)庫；采用測量電路測量上、下橋臂的IGBT和二極管的壓降，并根據(jù)時(shí)間信號分別提取出上、下橋臂的IGBT和二極管的壓降，根據(jù)標(biāo)定的壓降與電流、溫度的關(guān)系，通過查表將其轉(zhuǎn)化為芯片溫度。

一種IGBT結(jié)溫的測量電路，所述測量電路包括上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路、下橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路、ADC模塊和數(shù)字信號處理單元；其中，所述上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路和下橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路的電路結(jié)構(gòu)相對稱，分別用于測量待測IGBT上、下橋臂的導(dǎo)通壓降和二極管的正向壓降；所述上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路包括電壓阻斷用二極管(D1)、二極管(D2)，所述二極管(D1)的陰極直接與上橋臂IGBT的集電極相連，所述二極管(D2)的陰極與二極管(D1)的陽極相連，二極管(D2)的陽極連接有電流源，二極管(D1)的陽極還連接有鉗位二極管(D3)的陽極和運(yùn)算放大器(U1)的正向輸入端；所述鉗位二極管(D3)的陰極連接有鉗位二極管(D4)的陽極；所述鉗位二極管(D4)的陰極連接有電源；所述運(yùn)算放大器(U1)的負(fù)向輸入端通過電阻(R1)與二極管(D2)的陽極連接，運(yùn)算放大器(U1)的負(fù)向輸入端通過電阻(R2)與運(yùn)算放大器(U1)的輸出端連接；運(yùn)算放大器(U1)的輸出端與所述ADC模塊連接，所述ADC模塊與所述數(shù)字信號處理單元連接。

進(jìn)一步，所述ADC模塊為14位的ADC模塊。

進(jìn)一步，所述二極管(D1)和所述二極管(D2)的特性一致。

進(jìn)一步，所述電阻(R1)與所述電阻(R2)的阻值相同。

進(jìn)一步，所述ADC模塊和所述數(shù)字信號處理單元之間通過光耦連接。

進(jìn)一步，所述數(shù)字信號處理單元為DSP。

進(jìn)一步，所述數(shù)字信號處理單元連接有計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明具有以下有益技術(shù)效果：

本發(fā)明的監(jiān)測方法解決了現(xiàn)有的IGBT結(jié)溫測量方法無法實(shí)現(xiàn)大電流工況下的結(jié)溫在線監(jiān)測問題，提出的通過飽和壓降對IGBT的結(jié)溫進(jìn)行工作狀態(tài)下在線監(jiān)測的方法?；诒景l(fā)明提出的方法，能夠克服現(xiàn)有方法的不足，實(shí)現(xiàn)IGBT的高電壓阻斷，進(jìn)行高精度的飽和壓降測量；且能夠同時(shí)監(jiān)測逆變器中上下橋臂的兩個(gè)IGBT和二極管芯片的溫度；能夠方便的集成到現(xiàn)有的IGBT的驅(qū)動電路中，對IGBT模塊進(jìn)行過溫保護(hù)。本發(fā)明的測量電路簡單易于實(shí)現(xiàn)，能夠同時(shí)達(dá)到阻斷高電壓、測量飽和壓降，實(shí)現(xiàn)測量與高電壓大電流隔離的目的，并且能夠達(dá)到極快的響應(yīng)速度，可以對一個(gè)電流周期內(nèi)的溫度波動進(jìn)行測量。

本發(fā)明的監(jiān)測方法結(jié)合測量電路，通過對工作狀態(tài)下的IGBT模塊的各個(gè)橋臂的壓降進(jìn)行測量，能夠?qū)崿F(xiàn)對IGBT模塊內(nèi)部芯片的溫度監(jiān)測，特別適用于進(jìn)一步集成進(jìn)驅(qū)動電路中對IGBT模塊進(jìn)行過溫保護(hù)，以及收集溫度數(shù)據(jù)對IGBT模塊的壽命損耗狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)。

附圖說明

圖1為本申請的測量電路的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面，參考附圖，對本發(fā)明進(jìn)行更全面的說明，附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例。然而，本發(fā)明可以體現(xiàn)為多種不同形式，并不應(yīng)理解為局限于這里敘述的示例性實(shí)施例。而是，提供這些實(shí)施例，從而使本發(fā)明全面和完整，并將本發(fā)明的范圍完全地傳達(dá)給本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員。

本發(fā)明提供了一種IGBT結(jié)溫在線監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法為：分別使用有溫度控制的參數(shù)測試儀對待測的IGBT模塊的上、下橋臂的IGBT和二極管在不同溫度、正向電流下的壓降進(jìn)行測量，并擬合成壓降關(guān)于溫度、電流的函數(shù)，建立標(biāo)定數(shù)據(jù)庫；采用測量電路測量上、下橋臂的IGBT和二極管的壓降，并根據(jù)時(shí)間信號分別提取出上、下橋臂的IGBT和二極管的壓降，根據(jù)標(biāo)定的壓降與電流、溫度的關(guān)系，通過查表將其轉(zhuǎn)化為芯片溫度。

本發(fā)明還提供了一種IGBT結(jié)溫的測量電路，該測量電路包括上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路、下橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路、ADC模塊和數(shù)字信號處理單元；其中，上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路和下橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路的電路結(jié)構(gòu)相對稱，分別用于測量待測IGBT上、下橋臂的導(dǎo)通壓降和二極管的正向壓降；上橋臂側(cè)的導(dǎo)通壓降測量電路包括電壓阻斷用二極管D1、二極管D2，二極管D1的陰極直接與上橋臂IGBT的集電極相連，所述二極管D2的陰極與二極管D1的陽極相連，二極管D2的陽極連接有電流源，二極管D1的陽極還連接有鉗位二極管D3的陽極和運(yùn)算放大器U1的正向輸入端；鉗位二極管D3的陰極連接有鉗位二極管D4的陽極；鉗位二極管D4的陰極連接有電源；運(yùn)算放大器U1的負(fù)向輸入端通過電阻R1與二極管D2的陽極連接，運(yùn)算放大器U1的負(fù)向輸入端通過電阻R2與運(yùn)算放大器U1的輸出端連接；運(yùn)算放大器U1的輸出端與ADC模塊連接，ADC模塊與數(shù)字信號處理單元連接。

本申請的ADC模塊為14位的ADC模塊；二極管D1和二極管D2的特性一致；電阻R1與電阻R2的阻值相同。ADC模塊和數(shù)字信號處理單元之間通過光耦連接。數(shù)字信號處理單元為DSP。數(shù)字信號處理單元連接有計(jì)算機(jī)。

本發(fā)明的測量電路工作過程為：IGBT阻斷時(shí)，D1和D2阻斷高壓保護(hù)測量電路避免擊穿；IGBT導(dǎo)通時(shí)，電流源使兩個(gè)二極管D1和D2正向偏置，此時(shí)有：Vce1＝2Vb1-Va。二極管D3、D4與運(yùn)算放大器U1相連，U1外接電阻R1和R2，且有R1＝R2，因此，U1的輸出電壓則為導(dǎo)通壓降Vce1。當(dāng)上橋臂IGBT導(dǎo)通時(shí)，該壓降測量電路可以測得上橋臂IGBT的導(dǎo)通壓降，當(dāng)上橋臂IGBT關(guān)斷后，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，該壓降測量電路可以測得上橋臂二極管的正向壓降。下橋臂的導(dǎo)通壓降測量電路與上橋臂對稱，因此，該測量電路可以獲得上、下橋臂IGBT的導(dǎo)通壓降和二極管的正向壓降。運(yùn)算放大器的輸出端連接到14位ADC，ADC對運(yùn)算放大器輸出的電壓值進(jìn)行采樣，采用光耦將ADC的數(shù)據(jù)輸入到DSP中，并通過DSP導(dǎo)入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。

上面所述只是為了說明本發(fā)明，應(yīng)該理解為本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，符合本發(fā)明思想的各種變通形式均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。