[发明专利]一种适用于功率半导体器件结温和老化信息的在线监测方法

说明书

一种适用于功率半导体器件结温和老化信息的在线监测方法，涉及功率半导体器件技术领域，解决了功率半导体器件结温提取困难的问题，将导通压降V_ce(on)测量电路和栅极驱动电路集成设计，通过实时在线提取导通压降V_ce(on)和负载电流I，可以实现在线提取IGBT的结温信息和老化信息；导通压降V_ce(on)测量电路与栅极驱动电路集成设计，实现在不破坏IGBT封装情况下提取结温信息和老化信息；通过长时间采集同一条件下导通压降V_ce(on)变化情况，可以对IGBT的运行状况进行量化分析，辅助实现人工干预，提高装置运行的可靠性。

技术领域

本发明涉及功率半导体器件技术领域，尤其涉及一种适用于功率半导体器件结温和老化信息的在线监测方法。

背景技术

基于功率半导体器件为核心的电力电子技术，在诸如轨道交通能馈系统、高压级联变频器、高压SVG、防爆变频器和储能系统等工控领域的高可靠性应用中扮演着越来越重要的角色。然而，随着IGBT、SiC MOSFET等功率半导体器件的广泛应用，以及电力电子装置功率等级、功率密度和动态响应速度的提高，功率半导体器件的可靠性问题严重制约着系统整体可靠性的提升。

以电力电子系统中常用的绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate BipolarTransistor，IGBT)为例，实现其健康状况的综合性能评估和在线管理最重要的是准确和快速提取器件结温信息和老化信息。

纵观学术界近年来的研究成果，功率半导体器件结温提取方法主要有“物理接触测温法”，“光学测温法”，“热阻抗模型预测法”和“热敏电参数法(TSEP)”四种方法。

物理接触测温法检测响应较慢，无法提供准确地实时信息；光学测温法需要将被测器件的封装外壳打开，在一定程度破坏了器件的封装完整性，而且测温设备成本太高，实际操作流程复杂；热阻抗模型预测法由于热传导速度缓慢限制检测响应速度，仅适合检测器件在正常运行状态下的结温。由于功率半导体器件的芯片被介电凝胶包裹在器件内部，因此采用以上三种测温方法在不破坏封装的情况下对IGBT结温的快速准确地观测有着一定的难度。

在实际运行条件下，通过外接的测量电路对目标热敏电参数(TSEP)进行实时在线的监测，并根据热敏电参数(TSEP)与结温T_j关系进行逆向预估，从而得出对应时刻器件的结温信息。同时，通过对功率半导体器件长时间在线提取合适的热敏电参数(TSEP)，可以实现对其老化状况的监测。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种适用于功率半导体器件结温和老化信息的在线监测方法，将导通压降V_ce(on)测量电路和栅极驱动电路集成设计，通过实时在线提取导通压降V_ce(on)和负载电流I，可以实现在线提取IGBT的结温信息和老化信息。为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种适用于功率半导体器件结温和老化信息的在线监测方法，包括以下步骤：

1)设计导通压降V_ce(on)测量电路，设计的导通压降V_ce(on)测量电路供电电源来自驱动电路，做到导通压降V_ce(on)测量电路与栅极驱动电路集成设计，实现在线条件下应用；

2)IGBT导通时，导通压降V_ce(on)测量电路的实测输出电压与实际值可实现等比例输出，导通压降V_ce(on)经过电压衰减电路，ADC采样后接入DSP，再通过RS485通信传至上位机，对导通压降V_ce(on)进行存储并监控；