[发明专利]一种IGBT结温监测方法、装置及系统

说明书

本发明涉及一种IGBT结温监测方法、装置及系统，利用每个关断直流母线振铃峰值电压与对应的关断的IGBT结温之间存在线性关系，并利用相电流的方向以及半桥臂的初态和次态来准确判断关断直流母线振铃峰值电压监测的时刻，从而获取变换器级的IGBT结温，能够达到较高的灵敏度。采用本发明提供的结温监测方法所得到的IGBT结温是一个合适的变换器级参数，在多IGBT的结温估算中有很好的应用前景。本发明提供的该监测方法，能够起到降低监控电路复杂度、简化监测电路结构、成本低、安装方便、分辨率高、对电路工作模式无侵入、与键合线失效无关等有益的技术效果。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种IGBT结温监测方法、装置及系统。

背景技术

电力电子变换器广泛应用于工业生产及生活中。电力电子器件是电力电子变换器中最为关键的部件之一。IGBT是使用电力电子器件中使用数量最多的。然而，IGBT的失效一直是困扰工程应用的难题。IGBT的故障严重影响着变换器系统的安全稳定运行。根据统计数据显示，温升和热循环导致的IGBT失效占55％。因此，IGBT的温度监测对IGBT和变换器的状态监测和运行优化具有重要意义。

现有技术中已有大量关于IGBT结温估算的研究报道。比如，利用红外摄像机直接测量结温的方法。但是这样的方法需要打开IGBT模块的封装，这在实际应用中有很大的局限性。此外，还有利用IGBT模块散热板自带的负温度系数(NTC)热敏电阻来进行IGBT结温估计。然而，大部分半桥模块都只有一个NTC热敏电阻，因此很难区分一个桥臂上下两个IGBT的结温。近几年，基于热敏电参数的方法因其易于集成、响应速度快等优点受到广泛的关注。现有的基于热敏电参数的方法根据所依据的信号类型可分为两类：一种是基于IGBT栅极和发射极之间的信号，另一种是基于集电极和发射极之间的信号。

首先针对基于IGBT栅极和发射极之间的信号，IGBT栅极阈值电压，栅极米勒平台电压,IGBT内栅极驱动电阻、栅极驱动电流峰值，IGBT开通延迟时间,IGBT关断时间均与IGBT的结温有关。然而，基于栅极信号的采样电路比较复杂且通过栅极信号检测IGBT结温的分辨率较低。

其次针对基于IGBT集电极和发射极之间的信号，集射极之间的通态电压降与IGBT结温之间具有线性关系，因此基于导通电压降的方法是当下较为流行的方法。然而，大电流下的通态压降法不仅受到温度的影响，还受到IGBT模块内部键合线失效的影响。小电流下的通态压降一般需要额外注入小电流来实现，这对电路本身的工作是有干扰的。基于集电极饱和电流的结温监测也受到广大研究者的青睐。然而，在线测量饱和电流不可避免的需要引入间歇性额外提取，这干扰了电路的正常运行。处于关断状态的IGBT因为承受的直流母线电压而产生泄漏电流。漏电流与温度并非线性关系，且精确测量全温度范围的IGBT的漏电流比较困难。

由此可知，现有的IGBT结温监测方法具有除了分辨率低、在线监测实施难度大等缺点外，还有一个问题在于它们都是器件级的结温提取方法。对于变换器中包含多个IGBT的情况，则需要和IGBT数量一样的监测单元。电力电子变换器通常包含许多IGBT器件，例如，一个三相逆变器包含6个IGBT。对于多电平电力电子变换器，IGBT的数量可以多达几十个甚至上百个。如果采用传统的器件级结温监测方法，显然对变换器内所有IGBT器件进行结温监测，这显然使得IGBT监测电路复杂且庞大。因此，有必要开发一种可以从整个变换器层面的参数提取变换器中所有IGBT结温信息的方法。

发明内容

基于现有技术的上述情况，本发明的目的在于提供一种简便、具有高分辨率、经济、实用的变换器级IGBT结温监测方法，以实现对IGBT结温的变换器级的精确监测和控制。

为达到上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种IGBT结温监测方法，所述结温监测方法对变流器的IGBT结温进行监测，包括步骤：

测量直流母线电压稳定值；

监测IGBT所在相的相电流，根据相电流的方向以及所在半桥臂的初态和次态确定该IGBT的结温监测时刻；