基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统及方法，该系统包括：小电流结温测量电路，用于通过小电流条件下测量集电极

【技术实现步骤摘要】
基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统及方法


[0001]本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统及方法。

技术介绍

[0002]作为新能源并网、轨道交通等中高压变频领域得到广泛应用的拓扑结构，中性点箝位型(NPC)三电平逆变器具有很高的耐压及良好的输出波形，绝缘栅双极型晶体管(IGBT)作为电力电子变换装置的核心，被广泛应用于电能变换的各个领域。功率器件的过热应力是导致变流装置故障的主要原因，因此有必要对NPC三电平逆变器中功率器件的结温状态进行实时在线监测，实时准确地获取功率器件在各种工况下的热参数并进行及时有效的过温保护是实现更经济更可靠能量转换的关键。
[0003]由于IGBT模块的封装特性，无法直接测量IGBT及二极管芯片的结温，需要对IGBT模块进行一定的处理。现在有很多方法可以获取结温，比如有些商用大功率IGBT模块内部基板边缘会放置一个热敏电阻(NTC)，甚至有的变流器生产商会在散热器表面放置一个温度传感器用于温度检测。然而NTC的温度只能代表模块边缘侧基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统，其特征在于，所述NPC三电平的拓扑结构为每相桥臂由四个开关器件及其四个反并联二极管和两个箝位二极管组成，该系统包括：小电流结温测量电路，用于通过小电流条件下测量集电极
‑
发射极电压来获取闲置IGBT器件的实时结温；结温在线采集电路，集成在IGBT门极驱动板，用于采集易过热IGBT模块中闲置IGBT器件和NTC参考点的温度信号；控制器，其用于向IGBT门极驱动电路发送门极触发信号，同时接收结温在线采集电路发送来的温度采集信号，并进行小电流结温测量电路启停控制、闲置器件过温保护逻辑判断和器件结温在线估算。2.根据权利要求1所述的基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统，其特征在于，所述小电流结温测量电路，其基于闲置IGBT器件的单一集电极
‑
发射极电压传感电路，由输出恒定小电流I
c(meas)
的小电流源、二极管D
s
、分压电阻R
s
及开关管K
s
串联组成；其中，小电流源，用于通过稳压电源的恒电流输出模式实现，I
c(meas)
的值取10至100mA之间；二极管D
s
，用于防止电流环路；分压电阻R
s
，用于获取回路的电流值；开关管K
s
，用于控制小电流测量回路的运行与否，通过控制器的门极触发信号V
p(Ks)
实现测量回路的启停控制。3.根据权利要求2所述的基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统，其特征在于，所述小电流结温测量电路基于离线测试提前建立注入小电流时闲置IGBT器件的集
‑
射极电压V
ce
‑
闲置器件
和结温T
j
的关系曲线，根据测量得到的集
‑
射极电压V
ce
‑
闲置器件
按照查表法获取闲置IGBT器件的实时结温T
j
‑
闲置器件
。4.根据权利要求1所述的基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测系统，其特征在，所述结温在线采集电路包括由桥式采集电路、差分运算放大电路及压频转换器，其中，所述桥式采集电路，用于获取NTC上的电压和注入小电流时闲置器件的集电极
‑
发射极电压；所述差分运算放大电路，用于对注入小电流时闲置器件的集
‑
射极电压V
ce
‑
闲置器件
和桥式采集电路输出的电压V
NTC
’
两个微弱的差分信号进行放大；所述压频转换器，用于对于范围0V
‑
V
REF
的模拟输入电压信号V
out
，通过VFC转换为范围0.1f
CLKIN
‑
0.9f
CLKIN
的输出频率信号f
out
；所述桥式采集电路获取NTC上的电压和注入小电流时闲置器件的集电极
‑
发射极电压，经过差分运算放大电路将电压信号放大一定倍数后，将其输出馈送至压频转换器，即可将电压信号转换为数字脉冲序列，并输出到控制器中进行处理和计算。5.一种基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测方法，其特征在于，该方法包括：获取闲置IGBT器件的实时结温；根据预设的最大耐受温度做出过温保护的逻辑判断，当实时检测到的闲置器件结温超
过所设置的临界最大耐受温度时，快速进行的过温保护；采集闲置IGBT器件和半桥模块内部NTC热敏电阻参考点的温度；作为温度参考点的半桥模块内部NTC热敏电阻为负温度系数热敏感电阻R
NTC
；利用闲置IGBT器件结温温升的特征对耦合热阻抗网络模型进行简化；基于NTC热敏电阻参考点的温度和简化后的耦合热阻抗网络模型，对易过热IGBT模块内部其余功率器件结温分布进行在线估算。6.根据权利要求5所述的基于闲置器件的NPC三电平逆变器热参数在线监测方法，其特征在于，所述最大耐受...

【专利技术属性】
技术研发人员：王强，张经纬，何凤有，姜翼展，郭志康，张伟锋，吴翔，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
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