[实用新型]一种IGBT结温测量装置

说明书

本实用新型公开了一种IGBT结温测量装置，通过测量IGBT的发射极电流以及关断延迟时间，结合IGBT结温与关断延迟时间、发射极电流的关系，实现IGBT结温的在线检测。本实用新型中关断延迟时间通过测量IGBT的辅助发射极与发射极之间的电压得到，关断延迟时间则由时间数字转换器测量得到。本实用新型克服了现有IGBT结温检测方法的缺点，利用近年来快速发展的时间数字转换技术，将时间信号转换为数字信号，仅需采集发射极寄生电感上的感应电压和发射极电流，具有建模简单，容易测量，精度高等优点。

技术领域

本实用新型涉及一种结温测量装置，应用于电力电子器件性能检测技术领域。

背景技术

近年来，随着社会经济的发展，电能变换技术广泛应用于新能源发电、电力输送、交通运输等领域。作为大功率电力电子变换器中应用最广泛的功率器件，IGBT需要面对更为复杂的工况。系统的高安全性需求进而使得功率器件的可靠性成为研究热点之一，提高IGBT的可靠性对保证大功率电力电子系统的安全运行具有重要意义。研究表明，31％的电力电子变换器失效是由电力电子器件的失效而引起的；其中，60％的电力电子器件失效由过温导致；而且，电力电子器件的结温每升高10℃，器件失效的概率便增大一倍。结温过高会导致多方面的问题。结温较高时，器件的耐压能力下降，容易引起器件过压击穿而失效；结温较高时，器件内部各材料之间热应力增大，容易引起焊层松动和键合线断裂，从而导致器件失效。因此，对IGBT工作过程中的结温进行检测对于提高IGBT可靠性至关重要。

目前，IGBT的结温测量系统主要有三类。

第一类系统采用直接测量的原理，利用IGBT模块内部植入的热电阻、热电偶或者二极管等热敏元件的温度，推测IGBT芯片处的温度。因为芯片和热敏元件处的温度并不完全相同，并且热敏元件的对温度响应时间较长，动态性能较差。

第二类系统是非接触式的，采用热成像技术对IGBT结温进行测量，这种方法能够获得较高的精度，但是需要破坏IGBT的封装结构，具有破坏性，仅适用于实验室测量。

第三类系统利用器件本身的热敏感电参数测量结温。典型的热敏感电参数包括IGBT的饱和压降、IGBT的开通时的电压下降率、IGBT的关断时电流下降率，米勒平台电压的峰值、 IGBT开通栅极电流的峰值、开通延迟时间和关断延迟时间等。基于测量IGBT饱和压降的方法分为大电流注入法和小电流注入法，这两种方法都是在系统停止运行的间隙，向IGBT中注入特定的电流值，根据饱和压降与结温的关系推测结温，不适合在线测量；基于栅极信号的测量或开通延迟时间的IGBT结温测量系统，导致测量结果的灵敏度很低，准确性差。研究表明，IGBT的关断延迟时间与结温之间的关系最为线性，灵敏度也最高。

现存的提取IGBT关断延迟时间的方法，采集IGBT栅极电压和集射极电压信号，分别与阈值做比较，得到关断延迟的起始和终止点的时刻。这种方法检测量多，外加电路需要极高的带宽。此外离线标定IGBT关断延迟时间与集电极电流关系时，需要在特定的集电极电流下，测定结温与关断延迟时间的线性关系。

本实用新型的目的在于克服现有IGBT结温检测方法的缺点，对IGBT关断延迟时间与结温的关系进行线性化处理，建立其斜率与截距关于IGBT正向导通电流的函数模型。并利用近年来快速发展的时间数字转换技术，将时间信号转换为数字信号。该方法仅需采集发射极寄生电感上的感应电压和集电极电流，具有建模简单，容易测量，精度高等优点。

实用新型内容

为了解决现有技术问题，本实用新型的目的在于克服已有技术存在的不足，提供一种 IGBT结温测量装置，利用IGBT发射极寄生电感上的感应电压提取IGBT的关断延迟时间，根据IGBT关断延迟时间和IGBT的集电极电流的关系，在线测量IGBT结温。

为达到上述发明创造目的，本实用新型采用下述技术方案：