[实用新型]一种平滑IGBT结温变化的驱动电压调节装置

说明书

技术领域

本实用新型属于功率模块的主动热控制领域，更具体地，涉及一种平滑IGBT功率模块结温变化的驱动电压调节装置。

背景技术

现代电力电子电路因其低噪声、高效率、高功率密度等优点，广泛应用于工业、军事、航空航天等领域，承担着电能变换、新能源发电等重要作用。随着电力电子电路日趋复杂，功率等级不断提高，特别是应用在某些重要领域时，对电力电子电路可靠性的要求更高。IGBT功率模块是电力电子主功率电路的核心组成部分，由于其运行工况的变化，使得功率模块的损耗随之改变，导致IGBT的结温也随机大幅变化，将影响功率模块的寿命。

通过长期研究和工作的经验，IGBT功率模块的寿命与其结温的变化幅度有着密切的关系。结温变化幅度越小，其寿命越长。目前基于功率模块平滑结温变化的主动热控制进而延长功率模块寿命的研究还处于起步阶段，比较流行的方法是调节模块的开关频率，采用不同的调制策略。以上两种手段分别通过改变模块的开关损耗和导通损耗，从而减小结温的变化幅度，但这两种方法都存在损害电路的输出性能的缺点，实用性不强。

IGBT作为电压控制型开关模块，其开关状态由栅极的电压控制。如果IGBT栅极和发射极之间的电压高于阈值电压，IGBT将被开通，否则IGBT关断，但是使用的时候很容易忽略栅极电压的高低对IGBT导通特性的影响。当正向驱动电压增大时，IGBT的导通电阻下降，导通压降U_CE下降，进而开通损耗和导通损耗都将减小；正向驱动电压减小时，IGBT的导通电阻增大，导通压降U_CE增大，进而开通损耗和导通损耗都将增大。通常，驱动开通电压取值为12～18V，典型值为15V。这也是本实用新型的出发点，通过调节IGBT功率模块的驱动开通电压大小，从而调整其功率损耗，降低模块结温变化幅度，延长模块的寿命。本实用新型的优点之一就是不损害电路输出性能的前提下，有效地平滑了IGBT功率模块结温的变化，延长了模块的寿命，实用性较强。

实用新型内容

针对以上主动热控制技术的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种平滑IGBT结温变化的驱动电压调节装置及方法，旨在解决现有技术在减小IGBT功率模块结温变化幅度时损害电路输出性能的问题。

本实用新型提供一种平滑IGBT结温变化的驱动电压调节装置，包括：IGBT模块、温度测量模块、缓冲寄存模块、温度比较模块和驱动调节模块；所述驱动调节模块的输入端用于连接外部的开关脉冲，所述的驱动调节模块的反馈端用于连接所述温度比较模块的输出端，所述驱动调节模块的输出端用于连接IGBT模块的控制端，所述温度测量模块的输入端用于连接IGBT模块中内嵌集成温度测量硅二极管的输出端，所述温度测量模块的输出端用于连接缓冲寄存模块的输入端，所述缓冲寄存模块的输出端用于连接温度比较模块的输入端。

进一步地，所述温度测量模块包括顺次连接的压降测量电路、模拟输入串口、微处理器和信号输出串口；其中微处理器由A/D转换器，信号放大器和微控制器构成。

进一步地，工作时，温度测量模块以10K采样频率采集IGBT的结温T_j；缓冲寄存模块存储预设时间循环周期T内的结温数据，并对每个预设时间循环周期T内的结温数据求平均得到结温平均值M，用于检测结温的变化趋势，数据寄存器将第i和i-1个预设时间循环周期内的平均值M_i和M_i-1输出至温度比较模块，i为正整数；温度比较模块比较M_i和M_i-1的大小后输出不同的参考电压V_ref指令至驱动调节模块的反馈端；驱动调节模块根据反馈的参考电压V_ref指令并结合输入的开关脉冲信号后输出幅值可调节的驱动电压信号V_GE至IGBT模块的控制端，进而控制IGBT模块的导通和关断。

进一步地，所述驱动调节模块中采用buck变换器作为驱动开通电压源，通过改变参考电压V_ref可调节输出电压的大小，驱动开通电压范围为12～18V。

进一步地，所述的缓冲寄存模块包括：地址编译器，存储体，运算器，数据寄存器，地址编译器、运算器、数据寄存器分别与存储体连接。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和显著效果：

首先，控制快速准确，引入反馈控制，通过实时采样IGBT的结温，检测结温的变化趋势，进而控制输出不同幅值的驱动电压，改变IGBT功率模块的损耗，从而调节结温变化。