[发明专利]一种用于结温监测的导通压降在线监测电路有效

专利信息
申请号: 202110696045.7 申请日: 2021-06-23
公开(公告)号: CN113466647B 公开(公告)日: 2022-07-19
发明(设计)人: 葛兴来;杨旭;冯晓云;王惠民;许智亮;杨顺风;宋文胜 申请(专利权)人: 西南交通大学
主分类号: G01R31/26 分类号: G01R31/26
代理公司: 成都信博专利代理有限责任公司 51200 代理人: 卓仲阳
地址: 610031 四川省*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 用于 监测 导通压降 在线 电路
【说明书】:

本发明公开了一种用于结温监测的导通压降在线监测电路,包括待测上下桥臂功率器件、上下桥臂导通压降测量电路、隔离电路、16位ADC转换器和数字信号处理器;上下桥臂导通压降测量电路一致,其中电压钳位电路为稳压管方向串联超快恢复二极管组成,并联nF级别的电容对负压过冲进行抑制;上下桥臂导通压降测量电路的输出接入隔离电路,再接入16位ADC转换器,最终传入数字信号处理器进行处理,通过离线拟合的函数关系即可监测上下桥臂IGBT和二极管芯片的结温。本发明的监测电路简单、可靠,测量精度高、能隔离高压,能在变流器及加速老化试验平台中正常使用。

技术领域

本发明属于电力电子技术领域,具体涉及一种用于结温监测的导通压降在线监测电路。

背景技术

作为能量变换与传输的重要功率半导体器件,IGBT自问世以来,以其高耐压、导通压降低、开关速度快等特点在轨道交通,智能电网,航天航空等领域得到诸多关注。在变流器中,IGBT可靠运行是实现高性能能量变换的重要保证,对整个电力电子系统的可靠运行起着重要作用。温度循环和稳态温度显著影响功率器件的老化与失效。因此对IGBT的结温监测对于保证IGBT可靠运行起着重要的作用。

当前IGBT模块结温监测方法大致可以分为四种,即物理接触法、光学测量法、热网络模型法、温敏电参数法。物理接触法需打开模块封装,且热响应时间较慢;光学测量法也需打开模块封装,还需特定药水去除芯片表面硅胶,芯片绝缘性能会变差。因此,这两种方法均不适合在实际中应用。热模型法基于热网络模型去估测结温,需进行复杂的模型计算,受IGBT老化后热特性和散热回路变化的影响。温敏电参数法则是将IGBT芯片作为传感器,研究其静态电参数、动态电参数与结温之间的关系,最终通过对电参数的监测实现对IGBT芯片结温的监测,该方法不必拆封模块,是现有唯一能在100μs内对带有封装的功率器件进行结温监测的方法,因此温敏电参数法在实际中得到广泛关注。

目前,在温敏电参数法中,导通压降Vce是各种温敏电参数中最令人关注的一个参数,为实现对结温的在线监测,对导通压降进行在线监测是很有必要的。目前对导通压降Vce的监测分为离线型和在线型两种。其中,离线监测一般在变流器非工作状态时测量模块导通压降变化;在线监测一般通过观察变流器正常工作时导通压降的变化,对结温进行在线监测。在线监测不仅可以实时监测IGBT模块健康状态,也可根据监测参数变化调整相应控制算法,保证变流器可靠工作。

目前,导通压降在线监测电路的电压钳位电路设计、短路风险、测量精度是限制Vce测量电路应用于实际工况的重要原因。

申请号为201611049398.3的发明专利中电压钳位电路提供了一种导通压降在线监测电路,但其钳位电路由二极管串联耐浮压隔离电源组成,其成本较高,当钳位电路依赖于共模瞬态抗扰度高的隔离电源,否则会对主电路带来干扰。

发明内容

为解决现有技术中存在的缺点,本发明提供一种用于结温监测的导通压降在线监测电路。

本发明的一种用于结温监测的导通压降在线监测电路,包括待测上下桥臂功率器件、上下桥臂导通压降测量电路、隔离电路、16位ADC转换器和数字信号处理器。

其中,上下桥臂导通压降测量电路一致,导通压降测量电路中电压钳位电路为稳压管D3串联超快恢复二极管D4组成,稳压管D3和超快恢复二极管D4的阳极连接在一起,稳压管D3的阴极和超快恢复二极管D2的阳极、超快恢复二极管D1的阴极、电容Cbe1的一端、运算放大器U1的同相输入端连接在一起;超快恢复二极管D1的阳极连接电阻R1的一端,电阻R1的另一端连接运算放大器U1的反向输入端和电阻R2的一端,电阻R2的另一端连接运算放大器U1的输出。

上下桥臂导通压降测量电路的输出接入隔离电路,再接入16位ADC转换器,最终传入数字信号处理器进行处理,通过离线拟合的函数关系即可监测上下桥臂IGBT和二极管芯片的结温。

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