一种IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法技术

本发明专利技术公开了一种IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法，在线测量电路包括：包括：第一二极管、第二二极管及运算放大电路，其中，第一二极管的阴极与运行状态下的待测IGBT器件的集电极连接，阳极与第二二极管的阴极连接；第二二极管的阳极外接可调恒流源；运算放大电路的正向输入端与第二二极管的阴极连接，负向输入端与第二二极管的阳极连接。本发明专利技术实现对IGBT器件在运行状态下的通态压降的测量，并且通过测量IGBT器件所在桥臂的电流实现对IGBT集电极电流的测量，保证测量精度。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法
本专利技术涉及半导体功率器件监测
，具体涉及一种IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法。
技术介绍
结温是决定功率模块可靠性和功率密度的关键因素，为了保证系统的可靠性，功率模块必须保证足够的安全裕度，导致功率模块的性能不能得到充分发挥。因此，国内外的研究学者正在致力于功率模块的结温监测，以保证功率模块能够在接近结温安全临界点可靠运行，对于提高功率密度有着重要作用。现有的IGBT功率模块的结温监测技术测量结果与实际结温相差很大，测量时间长，不适合用于功率模块结温的实时在线检测，在线检测结温的过程中需要测量运行状态下的IGBT器件的通态压降及集电极电流，然而由于IGBT功率模块是封装好的，因此无法直接测量运行状态下的IGBT器件的通态压降及集电极电流。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法，解决现有技术中无法在线测量运行状态下的IGBT器件的通态压降及集电极电流的问题。为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：第一方面，本专利技术实施例提供一种IGBT通态压降在线测量电路，包括：第一二极管、第二二极管及运算放大电路，其中，所述第一二极管的阴极与运行状态下的待测IGBT器件的集电极连接，阳极与所述第二二极管的阴极连接；所述第二二极管的阳极外接可调恒流源；所述运算放大电路的正向输入端与所述第二二极管的阴极连接，负向输入端与所述第二二极管的阳极连接。在一实施例中，所述的IGBT通态压降在线测量电路，还包括：第一驱动模块，所述第一驱动模块的第一端与运行状态下的待测IGBT器件的门级连接，第二端接地，第三端外接开关信号，用于根据所述开关信号驱动所述待测IGBT器件导通。在一实施例中，所述的IGBT通态压降在线测量电路还包括：反向控制电路，所述反向控制电路的第一端与所述运算放大电路的输出端连接，第二端外接所述开关信号，第三端接地。在一实施例中，所述的IGBT通态压降在线测量电路还包括：第三二极管，所述第三二极管反向并联在所述第二二极管的两端。在一实施例中，所述反向控制电路，包括：反向器、可控开关及第二驱动模块，其中，所述反向器的第一端与所述开关信号连接，第二端与所述第二驱动模块的第一端连接；所述第二驱动模块的第二端与所述可控开关的控制端连接，第三端接地；所述可控开关的第一输出端与所述运算放大电路的输出端连接，第二输出端接地。第二方面，本专利技术实施例提供一种IGBT结温检测方法，包括：根据IGBT的计算原理得到IGBT通态压降的计算模型；采用本专利技术第一方面及任意一种可选方式所述的IGBT通态压降在线测量电路测量运行状态下的待测IGBT器件的通态压降，并测量待测IGBT器件所处桥臂的电流，将所述电流确定为待测IGBT器件的集电极电流；根据所述计算模型、所述通态压降及所述集电极电流，计算IGBT功率模块结温。在一实施例中，所述根据IGBT的计算原理得到IGBT通态压降的计算模型，包括：根据预设大电流通态压降结温校准电路，得到大电流工况通态压降与结温之间的关系；根据所述关系及所述IGBT的计算原理，得到IGBT通态压降的计算模型。在一实施例中，所述根据预设大电流通态压降结温校准电路，得到大电流工况通态压降与结温之间的关系，包括：将IGBT功率模块组成H桥电路，并将所述IGBT功率模块加热到不同的目标结温值；测量不同目标结温值下待测IGBT器件功率模块的集电极电流及通态压降，得到不同目标结温值对应的集电极电流及通态压降；对不同电流工况下的通态压降与结温值进行拟合，得到大电流工况通态压降与结温之间的关系。在一实施例中，通过以下公式表示IGBT通态压降的计算模型：其中，VF,IGBT表示待测IGBT器件的通态压降，IC表示待测IGBT器件的集电极电流，T表示结温，k表示玻尔兹曼系数，a1、a2、a3、a4分别表示第一、第二、第三、第四待定参数。本专利技术技术方案，具有如下优点：1.本专利技术提供的IGBT通态压降在线测量电路及结温检测方法，通过高压快恢复二极管、电阻分压器及运算放大器实现对IGBT器件在运行状态下的通态压降的测量，并且通过测量IGBT器件所在桥臂的电流实现对IGBT集电极电流的测量，避免了IGBT功率模块封装无法直接测量集电极电流的问题，进而实现了运行状态下IGBT的通态压降及集电极电流的在线测量，保证测量精度。2.本专利技术提供的IGBT开关特性测试电路及测试方法，通过测量得到的IGBT器件的通态压降及集电极电流的在线测量结果，根据离线状态下的IGBT通态压降、集电极电流及计算原理得到IGBT通态压降的计算模型，进而根据实际在线测量结果及计算模型计算IGBT功率模块结温，保证了计算结果更接近真实值，能够实现功率模块结温的实时监测。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的IGBT通态压降在线测量电路的示意图；图2为本专利技术实施例提供的IGBT结温检测方法的流程图；图3为本专利技术实施例提供的恒定小电流下的导通压降结温校准电路结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的恒定小电流下的导通压降结温校准曲线；图5为本专利技术实施例提供的恒定大电流切小电流的实验电路结构示意图；图6为本专利技术实施例提供的大电流通态压降和小电流通态压降测量结温的对比图；图7为本专利技术实施例提供的IGBT的简化导通模型示意图；图8为本专利技术实施例提供的预设大电流通态压降结温校准电路的示意图；图9为本专利技术实施例提供的大电流工况时通态压降与结温之间的关系曲线图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，包括：第一二极管、第二二极管及运算放大电路，其中，/n所述第一二极管的阴极与运行状态下的待测IGBT器件的集电极连接，阳极与所述第二二极管的阴极连接；/n所述第二二极管的阳极外接可调恒流源；/n所述运算放大电路的正向输入端与所述第二二极管的阴极连接，负向输入端与所述第二二极管的阳极连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，包括：第一二极管、第二二极管及运算放大电路，其中，
所述第一二极管的阴极与运行状态下的待测IGBT器件的集电极连接，阳极与所述第二二极管的阴极连接；
所述第二二极管的阳极外接可调恒流源；
所述运算放大电路的正向输入端与所述第二二极管的阴极连接，负向输入端与所述第二二极管的阳极连接。


2.根据权利要求1所述的IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，还包括：
第一驱动模块，所述第一驱动模块的第一端与运行状态下的待测IGBT器件的门级连接，第二端接地，第三端外接开关信号，用于根据所述开关信号驱动所述待测IGBT器件导通。


3.根据权利要求2所述的IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，还包括：
反向控制电路，所述反向控制电路的第一端与所述运算放大电路的输出端连接，第二端外接所述开关信号，第三端接地。


4.根据权利要求1所述的IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，还包括：
第三二极管，所述第三二极管反向并联在所述第二二极管的两端。


5.根据权利要求3所述的IGBT通态压降在线测量电路，其特征在于，所述反向控制电路，包括：反向器、可控开关及第二驱动模块，其中，
所述反向器的第一端与所述开关信号连接，第二端与所述第二驱动模块的第一端连接；
所述第二驱动模块的第二端与所述可控开关的控制端连接，第三端接地；
所述可控开关的第一输出端与所述运算放大电路的输出端连接，第二输出端接地。


6.一种IGBT结温检测方法，其特征在于，包括：

【专利技术属性】
技术研发人员：柴晓光，宁圃奇，曹瀚，
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