电力电子开关器件结温在线监测装置、检测电路及测试方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种结温在线监测装置，所述在线监测装置包括主控制单元、待测电力电子器件、电流检测单元、V

Junction temperature on-line monitoring device for power electronic switch device, detection circuit and testing method

The invention relates to an on-line temperature monitoring device, which comprises a main control unit, a power electronic device to be tested, a current detection unit and a V

【技术实现步骤摘要】
电力电子开关器件结温在线监测装置、检测电路及测试方法
本专利技术涉及一种监测装置，具体涉及一种电力电子开关器件结温在线监测装置，属于电力电子

技术介绍
随着电力电子技术产业的发展，电力电子器件作为能源变换和传输的核心器件，其应用范围越来越广泛。功率变换器系统运行时，由于器件的开关损耗和导通损耗会使其芯片的温度升高，使得器件内部材料承受热应力，加速了开关器件老化程度以及失效率，导致变换器发生故障。开关器件的结温估计对其可靠性，健康状态以及使用寿命评估具有重要意义。精确测量器件结温是电力电子领亟需解决的问题。然而目前没有一个较为可靠的办法能够直接测量或估算结温。大多是通过测量器件基板或散热片温度，来反推器件结温。近些年，研究人员提出了一些根据器件热敏感电参数(Thermo-SensitiveElectricalParameterTSEP)来估计器件结温。即当芯片温度随着运行工况变化时，待测器件相应的外部电气参数也会随之变化。通过对热敏感电参数的测量，即可对芯片结温进行逆向预估。目前，常用的根据TSEP来进行结温估计方法包括导通电压测量法、阈值电压法，短路电流法，最大电压变化率法，最大电流变化率法等，这些测量条件要求高，并且提取较为困难。其中导通压降参数对热较为敏感，但是由于器件在正常工作时，开通电压较低，一般几伏之内。关断时承受的电压则在几百伏甚至高达上千伏。器件两端的电压动态范围变化较大，很难精确测量由于温度变化而引起的导通压降毫伏级别的变化。本领域的技术人员一直尝试新的方案，但是该问题一直没有得到妥善解决。
技术实现思路
本专利技术正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种电力电子开关器件结温在线监测装置，该技术方案采用动态探测导通压降法能够在在器件导通时，通过可控开关，去探测电力电子开关器件的导通压降，当器件关断后，不再去探测，这样能够降低导通压降探测电路的动态范围，大大提高测量精度。为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下，一种电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述在线监测装置包括主控制单元、待测电力电子开关器件、电流检测单元、Vce(on)检测单元以及AD采集单元，其中主控制单元包括器件驱动单元和结温计算单元，电流检测单元用于采集器件导通状态下流过器件的电流Ic，Vce(on)检测单元用于采集电力电子开关器导通状态下的某一额定时间段的导通压降Vce，通过Vce(on)检测单元内的模拟电路得出等效导通压降信号Vce(on，AD采集单元完成模拟电流和电压到数字信号的转换，器件驱动单元，用于提供待测器件的门极的驱动信号Vg和Vce(on)检测单元开关信号Vp(mos)，结温计算单元，用于通过采集器件导通状态的电流Ic和导通压降Vce(on)，查表计算得到器件的工作结温Tj。作为本专利技术的一种改进，所述电流检测单元采用电流互感器或者罗氏线圈或者电阻测量法中的一种进行检测。作为本专利技术的一种改进，所述Vce(on)检测单元，包含一个电子开关Q1，以及电压采样电路，所述电子开关Q1串联在电压采样电路的输入端。作为本专利技术的一种改进，所述Vce(on)检测单元使电力电子开关器件在电子开关Q1开通状态下的某一时间段内接入检测系统，在电力电子开关器件其他状态下与电力电子开关器件结温在线检测系统断开，从而保护Vce(on)检测单元并能精确测量电力电子开关器件开通状态下的导通压降。作为本专利技术的一种改进，所述电压采样电路、包括电阻R7、R8、R9、R10、电容C4、C5、C6以及运算放大器U3，其中电阻R7、R8、R9、R10、电容C4、C5、C6以及运算放大器U3，所述R7的另一端连接C4的一端，同时连接R9，C5的一端和U3的正极性输入；所述C4的另一端连接U3的负极性输入以及R8的一端，同时连接R10，C6的一端；所述R8的另一端接地；所述R10的另一端连接C6的另一端，同时连接到U3的输出端Vce。作为本专利技术的一种改进，所述罗氏线圈采样电路包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、电容C1、C2、C3以及运算放大器U1、U2，所述R2一端接罗氏线圈，另一端接C1的一端和U1的正极性输入端，所述C1的另一端接地，所述R1的一端接地，另一端接U1的负极性输入，同时连接R3和C2的一端；所述R3的另一端接C2的另一端，同时连接U1的输出；所述U1的输出连接C3一端；所述C3的另一端连接R4的一端，同时连接U2的正极性输入；所述R4的另一端接地；所述R5的一端接地，另一端连接U2的负极性输入和和R6的一端；所述R6的另一端连接U2的输出，U2的输出为Ic_ad。设置有电力电子开关器件结温在线监测装置的检测电路，其特征在于，所述检测电路包括母线直流电压源Vdc、母线电容C、负载电感L、功率二极管D以及IGBT模块结温在线检测系统；其中，母线直流电压源Vdc的正极与母线电容C一端、负载电感L一端和功率二极管D阴极相连，负载电感另一端与功率二极管D阳极和IGBT模块结温在线检测系统中的待测IGBT模块集电极IGBT_C相连，IGBT模块结温在线检测系统中的待测IGBT模块发射极IGBT_E与母线电容另一端和母线直流电压源Vdc的负极相连。采用所述电力电子开关器件结温在线监测检测电路的电力电子开关器件结温在线监测结温检测装置的测试步骤如下：由驱动单元提供的电力电子开关器件的开关控制信号Vg与Vce检测单元开关信号Vp(mos)之间的电平变化时序；在t0-t3时间段内，电力电子开关器件的开关控制信号Vg为高电平，待测电力电子开关器件为导通状态，其余时间电力电子开关器件门极的开关控制信号Vg为低电平，待测电力电子开关器件为关断状态；在t1-t2时间段内，Vce(on)检测单元中的Q1导通，使得Vce(on)检测单元接入IGBT模块结温在线检测系统，其余时间Vce(on)检测单元中的Q1关断，使得Vce(on)检测单元与IGBT模块结温在线检测系统断开；由于IGBT模块在实际工作过程中不断的开通与关断，为保证IGBT模块结温在线检测的高精度，必须保证t1和t2时刻落在t0和t3的范围内；驱动单元提供的IGBT模块门极的开关控制信号VIGBT的开通时间ton即t0和t3时刻由外部的控制单元决定，与结温检测装置无关系。IGBT在接收到开通信号后，经过开通延迟时间tdon,后才能正常开通。tdon时间由具体的被测器件确定，因此测量时刻必须在tdon以后。对于结温测量装置而言，并不知道t3时刻何时到来，因此需要尽快在IGBT开通过程中测量Vce(on)。IGBT测量时间在1us即可，1us时间取决于采集电路的速度，对于高速运放该时间可以更短。测量完成后将Q1关断即可。具体的时序图如图3所示。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点，1)该技术方案整体设计巧妙、结构紧凑；2)该技术方案对IGBT模块结温在线检测适用，由于IGBT模块导通压降与IGBT模块关断承受的母线电压相差较大，普通的IGBT模块导通压降检测电路的误差较大；通过本专利技术的Vce(on)检测单元的电路进行导通压降采样，能精确的提取出IGBT模块导通状态下的导通压降Vce；通过本专利技术的电流检测单元中的罗氏线圈电流采样电路，能精确的提取出IGBT模块在开通状态下的导通电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述在线监测装置包括主控制单元、待测电力电子开关器件、电流检测单元、V

【技术特征摘要】
1.一种电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述在线监测装置包括主控制单元、待测电力电子开关器件、电流检测单元、Vce(on)检测单元以及AD采集单元，其中主控制单元包括器件驱动单元和结温计算单元，电流检测单元用于采集器件导通状态下流过器件的电流Ic，Vce(on)检测单元用于采集电力电子开关器导通状态下的某一额定时间段的导通压降Vce，通过Vce(on)检测单元内的模拟电路得出等效导通压降信号Vce(on，AD采集单元完成模拟电流和电压到数字信号的转换，器件驱动单元，用于提供待测器件的门极的驱动信号Vg和Vce(on)检测单元开关信号Vp(mos)，结温计算单元，用于通过采集器件导通状态的电流Ic和导通压降Vce(on)，查表计算得到器件的工作结温Tj。2.根据权利要求1所述的电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述电流检测单元采用电流互感器或者罗氏线圈或者电阻测量法中的一种进行检测。3.根据权利要求1或2所述的电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述Vce(on)检测单元，包含一个电子开关Q1，以及电压采样电路，所述电子开关Q1串联在电压采样电路的输入端。4.根据权利要求3所述的电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述Vce(on)检测单元使电力电子开关器件在电子开关Q1开通状态下的某一时间段内接入检测系统，在电力电子开关器件其他状态下与电力电子开关器件结温在线检测系统断开，从而保护Vce(on)检测单元并能精确测量电力电子开关器件开通状态下的导通压降。5.根据权利要求3所述的电力电子开关器件结温在线监测装置，其特征在于，所述电压采样电路、包括电阻R7、R8、R9、R10、电容C4、C5、C6以及运算放大器U3，其中电阻R7、R8、R9、R10、电容C4、C5、C6以及运算放大器U3，所述R7的另一端连接C4的一端，同时连接R9，C5的一端和U3的正极性输入；所述C4的另一端连接U3的负极性输入以及R8的一端，同时连接R10，C6的一端；所述R8的另一端接地；所述R10的另一端连接C6的另一端，同时连接到U3的输出端Vce。6.根据权利要求2所述的电力电子开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭国俊，耿程飞，李浩，张经纬，王凯，吴义可，
申请(专利权)人：徐州中矿大传动与自动化有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32