一种IGBT瞬态热特性测试装置及其运行方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种IGBT瞬态热特性测试装置，其组成包括恒流源2、第一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4、电气参量采集存储系统5、IGBT驱动电路6、散热器7，其中，各部分各自独立；测试时IGBT测试模块1分别与试验电流产生电路2、第一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4、电气参量采集存储系统5、IGBT驱动电路6、散热器7相连。本发明专利技术的IGBT瞬态热特性测试装置，能够对IGBT模块工作过程中的内部发热芯片结温、铜底板壳温、集电极电流、集射极电压同时且自动采集，进而能够对IGBT模块的瞬态热特性曲线进行提取；并且能够通过研究老化过程中的瞬态热特性曲线对IGBT的老化状态进行评估。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力电子器件测试装置和温度检测领域，尤其涉及功率半导体器件IGBT(绝缘栅双极型晶体管)瞬态热特性的测试装置以及运行方法。
技术介绍
IGBT模块是用功率MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种新型功率半导体器件，具有输入阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、开关速度快以及工作频率高等优点，成为目前电力电子市场最具有应用前景的功率半导体器件之一，已被广泛应用于轨道交通、电动汽车、风力发电、工业控制及家用电器等领域。由于IGBT多用于系统关键部位，其失效影响很大，在实际应用中，有很大一部分的功率器件失效是由热相关问题引起的，因此研究IGBT的热特性对研究其可靠性以及寿命预测等有重要的意义。研究IGBT的热特性需要对其工作结温进行检测，目前，功率半导体器件相关的温度检测技术已经取得了很大的发展。“一种IGBT结温检测装置及其方法”(专利申请号：CN201110038568)主要涉及IGBT模块结温检测技术，具体手段是通过建立IGBT结温与散热器温度的关系来检测IGBT的结温；“一种IGBT温度检测电路”(专利申请号：CN201310230871)主要涉及对IGBT温度的检测，具体手段是采用差分输入电路来抑制共模干扰和电阻温漂来使温度的测定更准确；“一种IGBT温度检测方法”(专利申请号：CN201210230805)主要涉及IGBT的温度计算方法，具体手段是通过采集温敏电阻电压信号来计算IGBT的温度，实现对IGBT温度的实时检测，以上专利通过对测试模块进行简单的测试，直接或间接地对IGBT的结温进行检测或计算，但是均不涉及对IGBT瞬态热特性的检测，没有研究结温与热特性的关系。为了实现对IGBT瞬态热特性的检测，需要一种能够准确测量IGBT模块结温的瞬态热特性测试装置。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对当前技术的不足，提供一种IGBT瞬态热特性测试装置及运行方法。本装置利用光纤温度传感器与待测IGBT模块内部芯片相连，并利用硅凝胶灌封技术对开封过的IGBT模块重新进行绝热封装，减小封装打开对测量精度的影响，从而达到对模块结温进行准确测量的目的；利用数字式温度传感器与待测IGBT模块铜底板相连，从而达到对模块壳温进行采集的目的；利用数据采集卡与工控机实现对模块电气参量进行采集的目的；通过同时测量IGBT模块的结、壳温度与电气参量来实现对瞬态热特性的测量。本专利技术的技术方案为：一种IGBT瞬态热特性测试装置，其组成包括恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器，各个系统各自独立；测试时IGBT测试模块分别与恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器相连。所述的第一温度采集存储系统，其组成包括光纤温度传感器、温度信号解调器和第一计算机，其连接方式是：光纤温度传感器、温度信号解调器和第一计算机依次相连；所述的第二温度采集存储系统，其组成包括数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机，其连接方式是：数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机依次相连；所述的电气参量采集存储系统，其组成包括直流电源、电压隔离端子、霍尔传感器、高速数据采集卡、工控机，其连接方式是：直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与电压隔离端子和霍尔传感器相连接；电压隔离端子和霍尔传感器分别与数据采集卡相连接；数据采集卡与工控机相连接；所述的IGBT驱动电路，主要包括信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路依次相连；直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器与抗干扰电路相连接；所述的抗干扰电路，主要包括保护电阻R1、15V稳压管DZ1和反向8V稳压管DZ2，二极管D1和D2，以及电阻R2和电阻R3，其连接方式是15V稳压管DZ1和反向8V稳压管DZ2串联后与保护电阻R1并联，电阻R2与二极管D1正向串联，电阻R3与二极管D2反向串联，将正向串联电路和反向串联电路并联后与与保护电阻R1并联。所述的光耦放大电路，主要包括一个光耦放大器、电阻R4、电容C，15V稳压管DZ3，其连接方式是稳压管DZ3与电阻R4相串联后与电容C并联，并与光耦放大器相连接。本专利技术的IGBT瞬态热特性计算方法，在恒流加热模式下，IGBT瞬态热特性的计算方法包括：根据：计算恒流加热过程中的瞬态热特性曲线。本专利技术的IGBT动态热特性测试装置的运行方法，包括以下步骤：首先，将IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器相连；其中，打开IGBT测试模块，放入第一温度采集存储系统的光纤传感器后，再对测试模块进行硅凝胶灌封；然后开始以下步骤：(1)系统初始化，启动计算机与工控机，等待温度数据与电气参量的存储与显示；(2)试验参数设置：①启动恒流源，调出试验所需的电流；②调节IGBT驱动电路中的信号发生器，设置IGBT模块的栅极驱动信号，驱动信号能够使IGBT模块处于常通态，准备为驱动器输送驱动信号；(3)闭合主开关，使电路处于闭合状态，检查各仪表是否显示正常；(4)启动第一温度采集存储系统和第二温度采集存储系统，分别对测试模块内部芯片温度和铜底板温度进行温度数据的存储和显示；(5)启动电气参量采集存储系统，对测试模块的集射极电压和集电极电流进行数据的存储和显示；(5)启动所有电源开关，使整个测试装置进行工作(6)待第一温度采集存储系统和第二温度采集存储系统的温度数据均基本恒定后，试验完成，关闭各个电源，系统停止工作。(7)根据下式计算瞬态热特性曲线，式(1)中Tj(t)表示采集到的结温数据，Tc(t)表示采集到的壳温数据，VCE(t)表示采集到的集射极电压数据，IC(t)表示采集到的集电极电流数据。Cth(t)=Tj(t)-Tc(t)VCE(t)IC(t)---(1)]]>(8)一轮试验完成后，系统停止工作，如需进行下一轮试验，则重复步骤(1)～(7)。所述的IGBT测试模块封装方法，其组成包括IGBT模块、导热硅脂、散热片、第一温度采集存储系统中的光纤温度传感器、第二温度采集存储系统中的数字式温度传感器，其连接方式是：IGBT模块、导热硅脂和散热片依次相连；散热片经打孔处理，在IGBT测试模块内部左侧IGBT芯片对应的正下方留孔，数字式温度传感器置于孔中，打开IGBT模块上部封装，将封装内部的硅凝胶全部溶解，在打孔对应的IGBT模块内部芯片的侧面封装层上，打一个孔通入左侧的IGBT芯片上，将光纤温度传感器紧贴于IGBT内部左侧芯片上进行测温，重新利用硅凝胶灌封技术封装IGBT模块，并闭合IGBT模块上部封装，将导热硅脂均匀涂在IGBT模块铜底板和散热片上，将IGBT模块与散热片结合紧密，导热硅脂厚度为100-200μm。所述的IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理的方法，包括以下步骤：(1)打开IGBT模块上部封装，注入环氧树脂溶解本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种IGBT瞬态热特性测试装置，其特征为其组成，包括恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器，各个系统各自独立；测试时IGBT测试模块分别与恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器相连；所述的第一温度采集存储系统，其组成包括光纤温度传感器、温度信号解调器和第一计算机，其连接方式是：光纤传感器、温度信号解调器和第一计算机依次相连；所述的第二温度采集存储系统，其组成包括数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机，其连接方式是：数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机依次相连；所述的电气参量采集存储系统，其组成包括直流电源、电压隔离端子、霍尔传感器、数据采集卡、工控机，其连接方式是：直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与电压隔离端子和霍尔传感器相连接；电压隔离端子和霍尔传感器分别与数据采集卡相连接；数据采集卡与工控机相连接；所述的IGBT驱动电路，主要包括信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路依次相连；直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器与抗干扰电路相连接。...

【技术特征摘要】
1.一种IGBT瞬态热特性测试装置，其特征为其组成，包括恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器，各个系统各自独立；测试时IGBT测试模块分别与恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、IGBT驱动电路、散热器相连；所述的第一温度采集存储系统，其组成包括光纤温度传感器、温度信号解调器和第一计算机，其连接方式是：光纤传感器、温度信号解调器和第一计算机依次相连；所述的第二温度采集存储系统，其组成包括数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机，其连接方式是：数字式温度传感器、温度信号采集模块、温度信号传输模块和第二计算机依次相连；所述的电气参量采集存储系统，其组成包括直流电源、电压隔离端子、霍尔传感器、数据采集卡、工控机，其连接方式是：直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与电压隔离端子和霍尔传感器相连接；电压隔离端子和霍尔传感器分别与数据采集卡相连接；数据采集卡与工控机相连接；所述的IGBT驱动电路，主要包括信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大电路、驱动器、抗干扰电路依次相连；直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直流电源分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器与抗干扰电路相连接。2.如权利要求书所述的IGBT瞬态热特性测试装置，其特征为所述的驱动电路中的抗干扰电路，主要包括保护电阻R1、15V稳压管DZ1和反向8V稳压管DZ2，二极管D1和D2，以及电阻R2和电阻R3，其连接方式是15V稳压管DZ1和反向8V稳压管DZ2串联后与保护电阻R1并联，电阻R2与二极管D1正向串联，电阻R3与二极管D2反向串联，将正向串联电路和反向串联电路并联后与与保护电阻R1并联。3.如权利要求书所述的IGBT瞬态热特性测试装置，其特征为所述的驱动电路中的光耦放大电路，主要包括一个光耦放大器、电阻R4、电容C，15V稳压管DZ3，其连接方式是稳压管DZ3与电阻R4相串联后与电容C并联，并与光耦放大器相连接。4.如权利要求1中IGBT瞬态热特性的计算方法，其特征在于，所述在恒流加热模式下，IGBT瞬态热特性的计算方法包括：根据：计算恒流加热过程中的瞬态热特性曲线。5.如权利要求1中IGBT瞬态热特性测试装置的运行方法，其特征包括以下步骤：将IGBT测试模块分别与恒流源、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、电气参量采集存储系统、驱动电路、散热器相连；其中，打开IGBT测试模块，放入第一温度采集存储系统的光纤传感器后，再对测试模块进行硅凝胶灌封；然后开始以下步骤：(1)系统初始化，启动计算机与工控机，等待温度数据与电气参量的存储与显示；(2)试验...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚芳，王少杰，陈盛华，李志刚，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12