一种IGBT结温测量装置制造方法及图纸

一种IGBT结温测量装置，其电源电路分别与DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路连接；所述的电压采集电路的一端连接被测IGBT，电压采集电路的另一端连接信号处理电路；所述的电流采集电路的一端与DSP控制器连接，电流采集电路的另一端与被测IGBT连接；所述的电压基准电路与信号处理电路连接；所述的信号处理电路分别与电压采集电路、电压基准电路和隔离电路连接；所述隔离电路的一端连接信号处理电路，隔离电路的另一端连接DSP控制器。本发明专利技术实时测量IGBT的关断延迟时间tdoff和IGBT集电极电流，根据IGBT结温、IGBT集电极电流和IGBT关断延迟时间tdoff的三维关系得到此时IGBT的结温。

IGBT junction temperature measuring device

A IGBT temperature measuring device, the power supply circuit is connected with the DSP controller, voltage acquisition circuit, current sampling circuit, voltage reference circuit, signal processing circuit and an isolation circuit connection; end voltage acquisition circuit is connected with the measured IGBT, voltage acquisition circuit is connected with the other end of the signal processing circuit; the current the acquisition circuit is connected with the DSP controller, current sampling circuit and the other end of the measured IGBT connection; voltage reference circuit and signal processing circuit is connected with the signal; the processing circuit is respectively connected with a voltage acquisition circuit, voltage reference circuit and an isolation circuit is connected; one end of the isolation circuit is connected with the signal processing circuit and the other end is connected with a DSP controller isolation circuit. The method of the present invention is used to measure the tdoff delay time of the IGBT and the collector current of the IGBT in real time, and the junction temperature of the IGBT is obtained according to the three-dimensional relationship of the IGBT junction temperature, the IGBT collector current and the IGBT turn off delay time tdoff.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种IGBT结温测量装置。
技术介绍
因为开关速度快、导通损耗低、通流能力强，IGBT在各类高功率电力电子变换器中获得了广泛的应用。作为变换器中的核心器件，IGBT的可靠性直接关系到电力电子变换器的可靠性。研究表明，31％的电力电子变换器失效是由电力电子器件的失效而引起的；其中，60％的电力电子器件失效由过温导致；而且，电力电子器件的结温每升高10℃，器件失效的概率便增大一倍。结温过高会导致多方面的问题。结温较高时，器件的耐压能力下降，容易引起器件过压击穿而失效；结温较高时，器件内部各材料之间热应力增大，容易引起焊层松动和键合线断裂，从而导致器件失效。因此，对IGBT工作过程中的结温进行检测对于提高IGBT可靠性至关重要。目前，IGBT的结温测量装置主要分为三大类。第一类装置基于热电偶和热电阻等接触式温度传感器，通过检测热电阻、热电偶的变化来推算IGBT的结温。此类装置的主要缺点在于热电阻和热电偶的响应时间较长，无法快速地反映IGBT结温的变化，仅在稳态情况下可以获得较高的精度。第二类装置是非接触式的，其典型代表是红外线热成像仪。红外线热成像仪精度较高，使用简单；但其主要缺点是仅仅能检测器件表面的温度，如果要检测结温，必须人为去掉器件的外壳；所以，此类方法并不适用于结温在线测量。第三类装置利用器件本身的热敏感电参数测量结温。典型的热敏感电参数包括IGBT的饱和压降、开通阈值电压、米勒平台电压的峰值、米勒平台的持续时间、开通延迟时间和关断延迟时间等。基于测量IGBT饱和压降或开通阈值电压的IGBT结温测量装置，只能在IGBT停止正常工作时测量结温，测量很不方便；基于测量米勒平台电压的峰值、米勒平台的持续时间或开通延迟时间的IGBT结温测量装置，测量结果的灵敏度很低，准确性较差。研究表明，IGBT的关断延迟时间与结温之间的关系最为线性，灵敏度也最高。但目前为止，还没有基于测量IGBT关断延迟时间的IGBT结温测量装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有IGBT结温测量装置的缺点，提出一种IGBT结温测量装置。本专利技术通过在IGBT工作过程中实时测量IGBT的关断延迟时间和IGBT的集电极电流推算IGBT的结温。本专利技术IGBT结温测量装置采用以下技术方案：本专利技术测量装置包括电源电路、DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路。所述的电源电路分别与DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路连接。所述的电压采集电路的一端连接被测IGBT，电压采集电路的另一端连接信号处理电路。所述的电流采集电路的一端与DSP控制器连接，电流采集电路的另一端与被测IGBT连接。所述的电压基准电路与信号处理电路连接。所述的信号处理电路分别与电压采集电路、电压基准电路和隔离电路连接。所述隔离电路的一端连接信号处理电路，隔离电路的另一端连接DSP控制器。电源电路为DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路供电。电压采集电路实时采集被测IGBT的集电极与发射极之间的电压和门极与发射极之间的电压。电流采集电路实时采集被测IGBT的集电极电流，并输入到DSP控制器。电压基准电路产生稳定的基准电压。信号处理电路利用所采集的IGBT集电极与发射极之间的电压、门极与发射极之间的电压，以及电压基准电路产生的基准电压，产生脉宽等于IGBT关断延迟时间tdoff的脉冲。隔离电路将DSP控制器与信号处理电路隔离，并将信号处理电路产生的脉冲输入到DSP控制器。DSP控制器实时测量IGBT的关断延迟时间tdoff和IGBT集电极电流，并根据IGBT结温、IGBT集电极电流和IGBT关断延迟时间tdoff的三维关系图得到该时刻IGBT的结温。本专利技术IGBT结温测量装置所基于的原理如下。IGBT的关断延迟过程包含三个阶段。第一阶段为IGBT的门极和发射极之间的电压Vge从最大值下降至米勒平台电压；第一阶段的持续时间△t1为， Δt 1 = R g ( C g c + C g e ) ln ( V g e ( m a x ) - V g e ( min ) V g p - V g e ( m i n ) ) ]]>其中，Rg为门极驱动电阻；Cgc为IGBT集电极与门极之间的等效电容；Cge为IGBT门极与发射极之间的等效电容；Vge(max)为门极驱动电压的最大值；Vge(min)为门极驱动电压的最小值；Vgp为IGBT关断时门极驱动电压的米勒平台电压。门极驱动电阻Rg、IGBT集电极与门极之间的等效电容Cgc、IGBT门极与发射极之间的电容Cge、门极驱动电压的最大值Vge(max)和门极驱动电压的最小值Vge(min)均不随IGBT的结温变化而变化；但IGBT关断时门极驱动电压的米勒平台电压Vgp随IGBT结温的升高而减小；所以，第一阶段的持续时间Δt1随IGBT结温的升高而增大。门极驱动电阻Rg、IGBT集电极与门极之间的等效电容Cgc、IGBT门极与发射极之间的电容Cge、门极驱动电压的最大值Vge(max)和门极驱动电压的最小值Vge(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的结温装置包括电源电路、DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路；所述的电源电路分别与DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路连接；所述的电压采集电路的一端连接被测IGBT，电压采集电路的另一端连接信号处理电路；所述的电流采集电路的一端与DSP控制器连接，电流采集电路的另一端与被测IGBT连接；所述的电压基准电路与信号处理电路连接；所述的信号处理电路分别与电压采集电路、电压基准电路和隔离电路连接；所述隔离电路的一端连接信号处理电路，隔离电路的另一端连接DSP控制器。

【技术特征摘要】
1.一种IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的结温装置包括电源电路、DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路；所述的电源电路分别与DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路连接；所述的电压采集电路的一端连接被测IGBT，电压采集电路的另一端连接信号处理电路；所述的电流采集电路的一端与DSP控制器连接，电流采集电路的另一端与被测IGBT连接；所述的电压基准电路与信号处理电路连接；所述的信号处理电路分别与电压采集电路、电压基准电路和隔离电路连接；所述隔离电路的一端连接信号处理电路，隔离电路的另一端连接DSP控制器。2.按照权利要求1所述的IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的电源电路为DSP控制器、电压采集电路、电流采集电路、电压基准电路、信号处理电路和隔离电路供电；电压采集电路实时采集被测IGBT的集电极与发射极之间的电压和门极与发射极之间的电压；电流采集电路实时采集被测IGBT的集电极电流，并输入到DSP控制器；电压基准电路产生稳定的基准电压；信号处理电路利用所采集的IGBT集电极与发射极之间的电压、门极与发射极之间的电压，以及电压基准电路产生的基准电压，产生脉宽等于IGBT关断延迟时间tdoff的脉冲；隔离电路将DSP控制器与信号处理电路隔离，并将信号处理电路产生的脉冲输入到DSP控制器；DSP控制器实时测量IGBT的关断延迟时间tdoff和IGBT集电极电流，并根据IGBT结温、IGBT集电极电流和IGBT关断延迟时间tdoff的三维关系得到该时刻IGBT的结温。3.按照权利要求1所述的IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的电源电路包括三个电源转换模块和6个电容；第一电源转换模块U1将+12V电压信号转换为+5V电压信号；第一电源转换模块U1的1引脚连接+12V电源的负极；第一电源转换模块U1的2引脚连接+12V电源的正极；第一电源转换模块U1的3引脚输出+5V电压信号；第一电源转换模块U1的4引脚连接被测IGBT的发射极；第二电源转换模块U2将+12V电压信号转换为+5V电压信号；第二电源转换模块U2的1引脚连接+12V电源的负极；第二电源转换模块U2的2引脚连接+12V电源的正极；第二电源转换模块U2的3引脚输出+5V电压信号，并连接DSP控制器的电压正输入端；第二电源转换模块U2的4引脚连接DSP控制器的电压负输入端；第三电源转换模块U3将+24V电压信号转换为±15V电压信号；第三电源转换模块U3的1引脚连接+24V电源的负极；第三电源转换模块U3的2引脚连接+24V电源的正极；第三电源转换模块U3的3引脚输出+15V电压信号；第三电源转换模块U3的4引脚连接DSP控制器的电压负输入端；第三电源转换模块U3的5引脚输出-15V电压信号；第一电容C1的正极连接第一电源转换模块U1的3引脚，第一电容C1的负极连接第一电源转换模块U1的4引脚；第二电容C2的一端连接第一电源转换模块U1的3引脚，第二电容C2的另一端连接第一电源转换模块U1的4引脚；第三电容C3的正极连接第二电源转换模块U2的3引脚，第三电容C3的负极连接第二电源转换模块U2的4引脚；第四电容C4的一端连接第二电源转换模块U2的3引脚，第四电容C4的另一端连接第二电源转换模块U2的4引脚；第五电容C5的一端连接第三电源转换模块U3的3引脚，第五电容C5的另一端连接第三电源转换模块U3的4引脚；第六电容C6的一端连接第三电源转换模块U3的5引脚，第六电容C6的另一端连接第三电源转换模块U3的4引脚。4.按照权利要求1所述的IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的电压采集电路包括8个电阻和8个电容；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和第四电阻R4的阻值相等，且均为第五电阻R5阻值的25倍；第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5串联，串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的一端连接被测IGBT的集电极，串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5的另一端连接被测IGBT的发射极；第四电阻R4和第五电阻R5的连接点连接信号处理电路中第一比较器芯片IC4的8引脚；第六电阻R6和第七电阻R7的阻值相等，且均为第八电阻R8阻值的2倍；第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8串联，串联的第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的一端连接被测IGBT的发射极，串联的第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8的另一端连接被测IGBT的门极；第七电阻R7和第八电阻R8的连接点连接信号信号处理电路中第一比较器芯片IC4的1引脚；第七电容C7和第一电阻R1并联；第八电容C8和第二电阻R2并联；第九电容C9和第三电阻R3并联；第十电容C10和第四电阻R4并联；第十一电容C11和第五电阻R5并联；第十二电容C12和第六电阻R6并联；第十三电容C13和第七电阻R7并联；第十四电容C14和第八电阻R8并联。5.按照权利要求1所述的IGBT结温测量装置，其特征在于：所述的电流采集电路包括一个电流传感器U4、三个电阻、三个电容和一个放大器IC1；第一电流传感器U4的1引脚连接第三电源转换模块U3的3引脚；第一电流传感器U4的2引脚连接第三电源转换模块U3的5引脚；第一电流传感器U4的3引脚连接第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端、第十五电容C15的一端和第一放大器IC1的3引脚；第九电阻R9、第十电阻R10和第十五电容C15并联，并联的第九电阻R9、第十电阻R10和第十五电容C15的一端连接第一电流传感器U4的3引脚和第一放大器IC1的3引脚；并联的第九电阻R9、第十电阻R10和第十五电容C15的另一端连接第三电源转换模块U1的4引脚；第十六电容C16的一端连接第一放大器IC1的4引脚，第十六电容C16的另一端连接第三电源转换模块U1的4引脚；第十七电容C17的一端连接第一放大器IC1的7引脚，第十七电容C17的另一端连接第三电源转换模块U1的4引脚；第十一电阻R11的一端连接第一放大器IC1的2引脚，第十一电阻R11的另一端连接第一放大器IC1的6引脚；第一放大器IC1的2引脚连接第十一电阻R11的一端；第一放大器IC1的3引脚连接第一电流传感器U4的3引脚、第九电阻R9的一端、第十电阻R10的一端和第十五电容C15的...

【专利技术属性】
技术研发人员：李磊，宁圃奇，张栋，温旭辉，
申请(专利权)人：中国科学院电工研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11