[发明专利]一种IGBT结温监测装置及方法

说明书

一种IGBT结温监测装置及方法，利用二极管反向恢复电流峰值与二极管结温的关系，结合IGBT模块热阻抗网络模型实现IGBT芯片结温的间接监测。利用IGBT集电极开通电流过冲等于对管反并联二极反向恢复电流的关系。通过监测集电极开通电流过冲实现IGBT模块的结温在线监测，该监测方法对电路的正常工作没有干扰，只需要增加采样电路即可，该发明基于电流型热敏电参数对IGBT模块结温进行估算，不受IGBT键合线老化的影响，解决了电力电子变流器中IGBT结温难以精确测量的难题，采样频率高，成本低，对于IGBT的监测和电力电子变流器的可靠性评估具有重要意义。

技术领域

本发明属于电气工程领域，涉及一种电力电子变流器状态监测方案，尤其涉及一种IGBT结温监测装置及方法。

背景技术

电力电子变换器在工业生活中有着非常广泛的应用，电力电子变流器往往在整个系统中扮演这非常重要的角色，因电力电子变换器故障导致的系统停机往往是灾难性的。将引起巨大的经济损失。因此研究电力电子变换器的可靠性非常重要，而电力电子变换器的核心部件是电力电子开关器件，IGBT在所有开关器件中占比最高，对于中大容量的IGBT模块可靠性及状态监测非常重要。IGBT的故障或者老化往往是由短时间过温或者长时间热循环、功率循环引起的疲劳导致的。因此研究IGBT的温度对于评估IGBT模块的可靠性非常必要。

通过在线监测IGBT的温度可以实时掌握IGBT的运行状态，基于温度在线监测的热管理可以调节系统的温度，减小系统温度波动或者较高温度带来的疲劳损伤，避免模块过温失效，预测IGBT模块的健康运行时间，监测IGBT模块的健康状态，降低不定期维护的经济损失，减缓模块疲劳损伤，延长运行寿命。

国内外学者关于IGBT模块温度的监测进行了大量的研究，所提出的方法主要分为：物理接触、物理非接触、热力学模型估算以及热敏感电参数间接测量方式4类。其中最为引起关注的是基于热敏电参数的监测方法。而目前的绝大部分热敏电参数监测方法都存在或多或少的在线应用难题或者检测精度不高。

物理接触法：响应时间长，测量速度慢，需要将热敏传感器尽可能靠近芯片，实际中难以实现完全贴近芯片。物理非接触：成本高，需要将IGBT的封装打开，实际中难以实现在线监测。热力学模型估算：模型参数随着器件的老化发生变化，因此温度估算精度随着器件老化而发生变化。热敏感电参数间接测量方式，该方法涉及到的热敏电参数众多，但是目前所提出的方法实现高精度、非侵入及高灵敏度监测仍然比较困难。

发明内容

本发明的目的在于针对现有结温监测方法的问题，提出一种利用集电极开通电流过冲进行IGBT结温监测方法。利用二极管反向恢复电流峰值与二极管结温的关系，结合IGBT模块热阻抗网络模型实现IGBT芯片结温的间接监测。

本发明采用如下的技术方案实现：

本发明的第一方面提供了一种IGBT结温监测装置，包括：直流电源、IGBT模块、第一电流监测电路、第二电流监测电路、电压隔离测量电路以及DSP/MCU数字处理单元；

所述IGBT模块包括第一IGBT和第二IGBT串联连接，每个IGBT并联连接有一个二极管；

所述第一电流监测电路测量所述第一IGBT的集电极开通电流过冲，所述第二电流监测电路测量所述第二IGBT的集电极开通电流过冲，并将测量值传输给所述DSP/MCU数字处理单元；

所述电压隔离测量电路用于测量集电极开通电压以及集电极电流，并将测量值传输给所述DSP/MCU数字处理单元；

所述DSP/MCU数字处理单元根据接收的测量值分别计算所述第一、第二IGBT的结温。

进一步的，所述第一、第二IGBT的结温T_IGBT(t)由下式计算：