[发明专利]一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电力电子器件检测技术领域，具体涉及一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法。

背景技术

IGBT模块的工作结温在工业用如柔性直流输电和风力发电系统中的功率变流器中是一项重要的参数，其提供了IGBT模块热应力和热性能的相关信息，因此，其工作结温可以用来进行状态监测，评估IGBT模块可靠性，预测剩余使用寿命和分析失效机理。

常规的IGBT模块工作结温检测方法，如热传感法，即在IGBT模块内部芯片附近放置热传感器，该方法需要打开IGBT模块的封装放置热传感器；热成像法，即利用红外测温仪测量IGBT模块结温的分布情况，但只能测量未封装的裸露芯片，对于封装结构的模块需要打开模块封装，并且测试仪器昂贵。

热阻网络法，即测量IGBT模块基板的温度，并通过IGBT模块的热阻网络可以预测内部IGBT模块工作结温，此方法需要对IGBT模块的热传导路径及热阻网络测量具有高分辨率和精确度，由于IGBT模块芯片处温度传导至IGBT模块基板具有延迟时间，该技术不适用与IGBT模块工作结温的在线监测。

总体来说，以上IGBT模块工作结温监测技术，或测量仪器昂贵，或对于IGBT模块封装具有需要打开封装结构的特殊要求，或结温监测有一定的延迟，不适用于IGBT模块工作结温的在线监测。

除此之外，IGBT模块的行为与其工作结温有密切的联系，这是由于半导体物理参数如载流子浓度、载流子迁移率等与温度有较强的耦合关系，而IGBT模块的电气特性取决于以上所述的半导体物理参数，因此IGBT的温敏电气参数为IGBT模块的工作结温监测提供了可能性，如阈值电压，导通压降，开通电流最大变化率和关断电压变化率等；阈值电压是通过监测不同温度下IGBT模块MOS沟道开通的最小驱动电压，利用该电压与工作结温的对应关系确定IGBT模块工作结温，但该参数与温度敏感系数低，且提取较为困难；导通压降是测量不同温度下IGBT的正向压降，利用正向电压降与工作结温的对应关系来确定IGBT工作结温，但导通压降的检测需要高耐压的传感器，并且在高压大电流的开关环境下，所测试的导通压降值很小，非常容易受到干扰；IGBT模块的开通往往伴随着与之换流的功率管的关断，在两电平电感负载型的电路中，当IGBT模块开通时，负载电流从二级管换流至大IGBT模块时，二级管的反向恢复电流会流过IGBT模块，因此IGBT模块的开通电流包含了二极管的反向恢复电流，不完全为IGBT模块本身的特性；关断电压变化率的检测需要借助额外的无源器件(如电容)转化成易于直接测量的信号，无源器件的加入影响了IGBT模块的工作状态。

发明内容

针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法，能够以较高的精确度和分辨率实时检测IGBT模块的工作结温。

一种IGBT模块工作结温的在线检测系统，包括：

主电路单元，与IGBT模块连接；所述的主电路单元包括直流电压源V、电容C、电感L和功率二极管D；其中，直流电压源V的正极与电容C的一端、电感L的一端和功率二极管D的阴极相连，电感L的另一端与功率二极管D的阳极和IGBT模块的集电极相连，IGBT模块的功率发射极与直流电压源V的负极和电容C的另一端相连；

温控单元，用于调控IGBT模块的环境温度；

采样单元，用于在IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间采集电容C两端的直流母线电压V_dc和IGBT模块的导通电流I_c；

驱动单元，用于为IGBT模块的基极提供开关控制信号，以控制IGBT模块由导通状态切换至关断状态，进而调控IGBT模块的导通电流I_c；