[发明专利]一种IGBT结温在线监测方法及其测量电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT结温在线监测方法及其测量电路。

背景技术

结温是IGBT模块运行中的一个重要参数，IGBT模块本身具有最高结温限制，一般为125～175℃，如果模块的工作结温超过最高结温限定值，则很可能引起模块过温烧毁，对系统运行的安全产生威胁。同时，IGBT的工作寿命受到温度的影响，温度越高，温度波动越大，IGBT模块的工作寿命越低。如果能对工作状态下的IGBT模块的结温进行实时监测，一方面能对IGBT进行更有效的过温保护，防止器件失效，另一方面，可以通过实际测量的运行结温，对IGBT的寿命损耗进行实时预计，实现寿命监测。

目前，IGBT的结温测量方法包括红外探测方法、热传感器法和电学方法。红外探测使用红外热成像仪正对芯片的发热区域，可以得到IGBT模块内部的温度分布，但需要破坏IGBT的封装结构，改变器件的状态，不能进行工作下的实时测量和保护。热传感器方法通过在IGBT内部放置热电偶、热电阻等对IGBT的芯片温度进行监测，对于封装和芯片安装空间有一定要求，目前部分IGBT厂商的模块内部集成有NTC即是利用模块内部的热电阻来对IGBT的内部温度进行监测，但是由于NTC温度与芯片温度有一定差异，同时其响应时间较长，IGBT模块的过温损坏常常是瞬间发生，难以利用其对IGBT模块的结温进行有效的实时保护。

电学方法即使利用IGBT模块的某些电学参数的温度敏感特性，事先对IGBT模块的热敏感电参数与芯片温度的关系进行标定，然后当IGBT处于工作状态下，通过测量热敏感电参数来间接测量芯片温度。电学方法具有实现难度小，可以集成在IGBT控制电路内，响应速度快等特点。能够进行工作状态下的IGBT实时结温监测。

IGBT的热敏感电参数包括：阈值电压、开关过程中的电压电流变化率、导通压降等。其中阈值电压与温度呈负线性关系，然而在实际运行过程中，该参数很难在高压强电环境下准确测量到，并且与IGBT的电压、电流均相关，可行性差；开关过程中的电压电流变化率等测量方法复杂，不同电压下的系数差别很大，且与温度呈现出非线性关系；饱和压降与温度的线性度最好，敏感度高，相关因素少(与IGBT的电压无关，仅与电流、温度相关)，标定方法和测试电路相对简单。

直接对IGBT的导通压降进行测量需要高耐压的传感器，所测量的导通压降相对于阻断电压来说较小，测量精度不高，非常容易受到干扰。因此，要实现具有实用性的IGBT结温在线监测，需要解决测量精度、电压阻断、与高压大电流隔离、抗干扰等问题。

申请号为201510245724.7的发明专利申请中提供了基于饱和压降测试IGBT结温的温度定标平台和方法，但是并没有给出在工作状态下对IGBT结温实时监测的电路和方法。

申请号为201410345265.5)的发明专利申请中提供了基于饱和压降对IGBT结温进行在线监测的电路和方法，然而该电路结构复杂，实现困难，且只能对单一IGBT芯片的温度进行监测。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种IGBT结温在线监测方法，该方法能够克服现有方法的不足，实现IGBT的高电压阻断，进行高精度的饱和压降测量；本发明的另一目的在于提供一种实现本发明方法的测量电路。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种IGBT结温在线监测方法，所述监测方法为：分别使用有温度控制的参数测试仪对待测的IGBT模块的上、下桥臂的IGBT和二极管在不同温度、正向电流下的压降进行测量，并拟合成压降关于温度、电流的函数，建立标定数据库；采用测量电路测量上、下桥臂的IGBT和二极管的压降，并根据时间信号分别提取出上、下桥臂的IGBT和二极管的压降，根据标定的压降与电流、温度的关系，通过查表将其转化为芯片温度。