一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈制造技术

本发明专利技术公开了一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，包括：圆形PCB底板、凸台穿孔、测量线圈；多个凸台穿孔分布在圆形PCB底板上，分布的位置和大小与压接IGBT模块内部的凸台结构对应；测量线圈通过圆形PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，均匀分布在每个凸台穿孔周围；PCB罗氏线圈嵌在压接IGBT模块内部的凸台结构之间，并叠加在压接IGBT模块内部的栅极走线PCB上；当凸台支路中流过变化的电流，在对应的测量线圈产生感应电势，通过对感应电势进行积分变换得到凸台支路的电流变化。本发明专利技术的PCB罗氏线圈可以测量任意位置支路的电流，提高电流测量精度，操作简单，且大大降低了压接IGBT模块并联支路的电流测量成本。

A PCB Roche Coil for Measuring Current of Pressed IGBT Module Chip

【技术实现步骤摘要】
一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈
本专利技术属于电流测量
，更具体地，涉及一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈。
技术介绍
大功率IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)模块的主要封装形式有焊接型封装和压接型封装，相对于焊接型封装，压接型封装模块的输出功率更高，且压接型封装具有双面散热和低寄生电感的优势，更适合应用在换流阀和断路器中。压接型封装模块各芯片分布位置和应力分布不一致，因此各支路的寄生电感和接触电阻不同，导致芯片间的电流有不同程度的分散性。寄生电感和接触电阻小的支路可能引起芯片承受过应力而损坏，此时其他支路承受总电流，从而加速了器件的损坏。压接型封装模块内部支路电流的分布受到多种因素的影响，半导体和寄生参数等非线性元件导致电流的分布很难计算，因此需要测量各支路的电流以研究多芯片的电流分布特性。在压接IGBT模块内部，由于较大的芯片数量和较小的芯片间距，使得芯片的电流测量不容易实现，这就要求测量设备具有较小的尺寸和灵活性，商用的小线径的柔性电流探头可以作为一种解决手段。该柔性电流探头前端测量线圈线径极小(小于2毫米)，将该线圈结构套在压接IGBT凸台结构上可以测量该凸台支路的电流分布，并且可以根据电流大小和变化率选择合适的商用设备，其精度和灵敏度很高，可以实现电流波形的实时准确测量。但是这种柔性电流探头除前端测量线圈外，后端还需要较粗较长的导线将测量信号引出，而IGBT模块芯片数量多且间距小，因此该方法仅能测量压接IGBT模块内部分布在边缘处的芯片，其他位置的芯片电流无法测量。此外，当测量的凸台支路数增加时，需要相应增加设备数量，由于该柔性电流探头为精密设备，极大增加了电流测量成本。总体而言，现有的精密测量设备在测量IGBT模块芯片电流时存在引线繁多，操作复杂，且只能测量分布在边缘处的芯片电流的问题。
技术实现思路
针对现有技术的缺陷，本专利技术提供了一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，其目的在于能够方便的测量IGBT模块任意位置的芯片电流。为实现上述目的，本专利技术提供了一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，所述PCB罗氏线圈嵌在所述压接IGBT模块内部的凸台结构之间，并叠加在所述压接IGBT模块内部的栅极走线PCB上；所述PCB罗氏线圈包括：圆形PCB底板、凸台穿孔、测量线圈；多个所述凸台穿孔分布在所述圆形PCB底板上，分布的位置和大小与所述压接IGBT模块内部的凸台结构对应；所述测量线圈通过所述圆形PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，均匀分布在每个凸台穿孔周围，用于测量凸台电流；当凸台支路中流过变化的电流，在对应的测量线圈产生感应电势，通过对所述感应电势进行积分变换得到所述凸台支路的电流变化。优选地，每匝线圈所在的平面与所述PCB罗氏线圈平面垂直，以使凸台支路产生的磁通全部通过线圈，增大互感系数。优选地，分布在每个凸台穿孔周围的测量线圈数量和结构相同,以消除与被测凸台支路电流平行的干扰电流产生的磁场。进一步地，所述测量线圈匝数越多，互感电压越大，电流测量精度越高。优选地，所述测量线圈为52匝。进一步地，所述测量线圈的宽度和长度尽可能大，以增大互感值和互感电压，减小波动干扰的影响。优选地，所述测量线圈的每匝线圈长度和宽度分别为2mm和1.6mm。进一步地，所述测量线圈内部绕制一圈回绕线，以减小与所述PCB线圈平面垂直的干扰磁场。优选地，所述回绕线包围的面积与所述测量线圈围绕的等效面积相等，以消除与所述PCB线圈平面垂直的干扰磁场。优选地，在电流测量过程中，使嵌入所述PCB罗氏线圈的IGBT模块远离外部导体，并使外部导体的电流方向不与所述IGBT模块内芯片电流方向垂直，以防止外部导体产生与所述PCB罗氏线圈平面垂直的干扰磁场。通过本专利技术所构思的以上技术方案，与现有技术相比，能够取得以下有益效果：(1)本专利技术的测量线圈通过PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，线圈集成度高，克服了IGBT模块由于芯片数量多且间距小导致测量线圈引线繁多，操作复杂的问题，可以测量任意位置支路的电流，方便了电流分布特性的研究。(2)本专利技术的PCB罗氏线圈从线圈走线位置、线圈分布数量、长度和宽度等多方面提高互感，消除电磁干扰，保证电流测量精度。(3)本专利技术的PCB罗氏线圈，相比使用数量众多的商用设备进行电流测量，操作简单且降低了压接IGBT模块并联支路的电流测量成本。附图说明图1是本专利技术的PCB罗氏线圈嵌在压接IGBT模块内的剖面图；图2是本专利技术的PCB罗氏线圈上的测量线圈走线分布图；图3是本专利技术的PCB罗氏线圈上单个测量线圈在PCB底板顶层和底层的走线图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。压接IGBT模块中集电极钼片、IGBT芯片、发射极钼片、银片凸台和塑料固定框架作为一个子单元，统称为子模组，图1示出了压接IGBT模块两个子模组的剖面图。上下两层的钼片可以保持两侧均匀的接触压力并减小IGBT芯片高温时的热膨胀，并且作为电和热的良导体，可以很好地传导电流和器件损耗。缓冲银片可以很好地缓和温度变化产生的热应力问题。包围着单个子模组的塑料框架用来固定芯片和钼片位置。栅极走线PCB将外部的驱动信号引入到各个芯片的栅极上以实现并联芯片的同步控制。本实施例以应用在1200V/900A的压接IGBT模块的PCB罗氏线圈为例对PCB罗氏线圈的结构设计及与压接IGBT模块的连接方式进行说明，如图2所示，本专利技术实施例提供的一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，包括：圆形PCB底板、凸台穿孔、测量线圈；多个所述凸台穿孔分布在所述圆形PCB底板上，分布的位置和大小与所述压接IGBT模块内部的凸台结构对应；所述测量线圈通过所述圆形PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，均匀分布在每个凸台穿孔周围；所述PCB罗氏线圈嵌在所述压接IGBT模块内部的凸台结构之间，并叠加在所述压接IGBT模块内部的栅极走线PCB上，通过三个贯穿的孔用螺丝固定在发射极端子上；栅极弹簧针穿过凸台穿孔与底层的栅极走线PCB上的栅极接触端接触，因此在每个凸台的通孔的边角处，要留出栅极弹簧针的接触端。由于PCB罗氏线圈叠加在栅极走线PCB上，因此，需要适当地切除PCB罗氏线圈的一段弧长，将驱动信号的输入端的焊盘位置露出。由于子模组间紧凑的结构设计以及对称的布局，图2中的PCB罗氏线圈仅在其中8条支路位置印制了测量线圈，用于这8条支路的测量。这些电流代表了整个模块各支路典型的电流分布信息。每个测量线圈的两个进线和出线端通过PCB走线集中引到图2中的出线端处，8个芯片测量线圈共16个端子。每个测量线圈通过PCB上下层走线和通孔按照顺时针前进方向形成52匝的线圈结构(每边13匝)，如图3所示。其中的每匝线圈在顶层和底层的走线围成的平面必须垂直PCB平面，以保证载流导体的磁场可以完整地穿过每匝线圈，增大互感系数；分布在每个凸台穿孔周围的测量线圈数量和结构应该相同，以消除与被测凸台支路电流平行的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，其特征在于，所述PCB罗氏线圈嵌在所述压接IGBT模块内部的凸台结构之间，并叠加在所述压接IGBT模块内部的栅极走线PCB上；所述PCB罗氏线圈包括：圆形PCB底板、凸台穿孔、测量线圈；多个所述凸台穿孔分布在所述圆形PCB底板上，分布的位置和大小与所述压接IGBT模块内部的凸台结构对应；所述测量线圈通过所述圆形PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，均匀分布在每个凸台穿孔周围，用于测量凸台电流。

【技术特征摘要】
1.一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，其特征在于，所述PCB罗氏线圈嵌在所述压接IGBT模块内部的凸台结构之间，并叠加在所述压接IGBT模块内部的栅极走线PCB上；所述PCB罗氏线圈包括：圆形PCB底板、凸台穿孔、测量线圈；多个所述凸台穿孔分布在所述圆形PCB底板上，分布的位置和大小与所述压接IGBT模块内部的凸台结构对应；所述测量线圈通过所述圆形PCB底板上下层走线和通孔形成多匝的线圈结构，均匀分布在每个凸台穿孔周围，用于测量凸台电流。2.根据权利要求1所述的一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，其特征在于，每匝线圈所在的平面与所述PCB罗氏线圈平面垂直。3.根据权利要求1或2所述的一种测量压接IGBT模块芯片电流的PCB罗氏线圈，分布在每个凸台穿孔周围的测量线圈数量和结构相...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁琳，韩鲁斌，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42