本发明专利技术涉及用于确定IGBT器件（2）的实际结温（Tj）和/或实际集电极电流（IC）的方法，其中所述IGBT器件（2）具有主发射极（EM）和辅发射极（EA），其包括以下步骤：-测量在IGBT器件（2）的开关操作期间作为主发射极（EM）处的主发射极电压（VE）与辅发射极（EA）处的辅发射极电压（VE’）之间的差异的发射极电压降（VEE’）的特性；以及-基于发射极电压降（VEE’）的特性确定结温和/或集电极电流（IC）。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于确定IGBT器件的实际结温的方法。
技术介绍
功率应用中IGBT半导体器件的结温是用于估计IGBT器件的剩余寿命的重要参数， 因为结温提供关于这样的器件的老化的基本信息。因此，结温的准确估计在估计IGBT器件 和IGBT模块(其包括一个或多个IGBT器件）的剩余寿命方面变得意义重大。 因为结温取决于IGBT器件的操作条件并且高度取决于开关电流，制定用于测量操 作期间IGBT器件的负载(例如Rogowski线圈、电流互感器及类似物）电流的许多方法。然而， 这些类型的传感器笨重且未提供获得关于IGBT器件的负载电流的指示的实际方法。 用于测量IGBT器件的结温的其他技术可包括在封装IGBT器件内部或接近于此安 装热电偶或测量IGBT器件上的内部栅电阻。这些技术牵涉对器件的直接访问或需要专门设 计的IGBT芯片或器件。 因此，上文的技术并不非常适合IGBT器件结温的在线测量，特别是如果需要有在 几百Hz或几kHz范围内测量的及时解决。这些测量频率对应于在许多应用中操作IGBT器件 所用的PWM频率(PWM:脉宽调制）的水平。 因为需要操纵IGBT器件自身或额外部件要紧密设置在IGBT器件处的技术实现起 来成本高且复杂，目标是提供用于从IGBT器件的电特性的直接测量估计结温的方法和装 置。此外，目标是提供用于同时估计对于相同时间实例的IGBT电流和结温的方法。 US 6097582A1公开对于具有栅极端子的功率半导体开关器件的保护电路，其控制 器件的功率端子之间的电流流动。通过器件的电流通过使跨器件的电流流路径中的电感的 电压积分来估计并且如果估计电流超出所选值则提供故障信号。栅极端子局限于在提供故 障信号时开关器件的全开和全关电流水平中间的所选控制水平。通过IGBT的电流基于器件 的功率发射极端子与Kelvin发射极端子之间的电压降来测量。 W02013045960A2公开用于测量功率绝缘栅双极晶体管的硅温度的方法，其通过测 量导通时的阈值电压来执行，该阈值电压随晶体管硅温度的增加而线性减小，其中栅极与 控制发射极之间的电压对应于阈值电压的时刻通过发射极的控制与电力连接之间的电压 检测来确定。
技术实现思路
这些目标通过根据权利要求1的用于确定IGBT器件的实际结温的方法并且通过根 据另外的独立权利要求的装置实现。 另外的实施例在从属的子权利要求中指示。根据第一方面，提供用于确定IGBT器件的实际结温的方法，其中该IGBT器件具有 主发射极和辅发射极。该方法包括以下步骤： -测量在IGBT器件的开关操作期间作为主发射极处的主发射极电压与辅发射极处的辅 发射极电压之间差异的发射极电压降的特性；以及 -基于发射极电压降的特性确定结温， 其中结温可通过以下步骤确定： -对IGBT器件的提供的集电极发射极电压和确定的集电极电流分配开关操作期间发射 极电压降的参考峰值电压，其中该参考峰值电压对应于在开关操作期间在参考温度发射极 电压降的峰值电压； -确定开关操作期间发射极电压降的峰值电压；以及 -确定实际结温，其取决于确定的峰值电压和参考峰值电压。 上文的方法的一个基本思想是根据IGBT器件的主发射极电压与辅发射极电压之 间的发射极电压降来估计结温。通常，IGBT器件的发射极端子分成主发射极(其连接到功率 电路）的功率发射极和连接到栅极驱动单元的辅发射极(或Kelvin发射极）。由于接合线和 端子配件，IGBT器件的内部连接在IGBT器件的主发射极端子与辅发射极端子之间引起寄生 电感。在IGBT器件的开关操作期间，跨发射极端子之间的寄生电感存在发射极电压降，这两 个都可以用于估计结温。特别地，在开关操作期间主与辅发射极端子之间的发射极电压降 提供这样的电压特性，其具有峰值电压(其取决于结温)和开关期间发射极电压降（其取决 于集电极电流)特性的积分。 该方法允许凭借IGBT器件的电特性的直接测量来估计结温。这允许通过检测半导 体的功率循环来计算IGBT器件的剩余寿命。此外，可以在工厂测试期间以及操作期间进行 系统健康状况检查，使得可以实施预防性维护。 实际结温也可以用于对IGBT器件实现温度保护。此外，当在转换器设计中使用 IGBT器件时，使以一定延迟或测量公差来测量结温时所必需的裕度减少，这是可能的。 此外，集电极电流可基于开关操作期间发射极电压降随时间的积分来确定。 根据实施例，分配参考峰值电压可通过提供的确定参考温度的峰值电压与集电极 电流之间的关系的查找功能来进行。 发射极电压降的峰值电压可在开关操作期间通过用与发射极电压降成比例的负 载电流加载存储器电容并且提供该存储器电容电压作为峰值电压的指示而确定。 可根据确定的峰值电压与参考峰值电压之间的峰值电压差以及峰值电压特性随 IGBT器件结温的灵敏度确定实际结温。 根据另外的方面，提供用于确定IGBT器件的实际结温和/或实际集电极电流的装 置，其中该IGBT器件具有主发射极和辅发射极，其中： -提供用于测量在IGBT器件的开关操作期间作为主发射极处的主发射极电压与辅发射 极处的辅发射极电压之间的差异的发射极电压降的特性的部件；以及 -提供用于基于发射极电压降的特性确定结温和/或集电极电流的部件。装置可进一步 包括： -第一查找功能块，用于对IGBT器件的提供的集电极发射极电压和确定的集电极电流 分配开关操作期间发射极电压降的参考峰值电压，其中该参考峰值电压对应于在开关操作 期间在参考温度发射极电压降的峰值电压；以及 -第二查找功能块，用于根据确定的峰值电压和参考峰值电压确定实际结温。 可提供峰值电压检测器，用于确定开关操作期间发射极电压降的峰值电压。 可提供积分器，其配置成基于在开关操作期间发射极电压降随时间的积分来确定 集电极电流。【附图说明】 结合附图更详细描述实施例，其中： 图1示出具有两个并联连接的IGBT器件的IGBT模块的示意图； 图2不出在开关操作期间在25°C在IGBT器件的主发射极与辅发射极之间的发射极电压 降的电压-时间图； 图3示出在开关操作期间对于不同结温的IGBT器件的主发射极与辅发射极之间的发射 极电压降的电压-时间图； 图4示出这样的图，其指示发射极电压降的峰值电压对于不同集电极电流随结温的特 性； 图5示出作为开关电流函数的峰值电压的结温灵敏度变化； 图6示出这样的图，其指示峰值电压对于不同结温随集电极电流的特性； 图7示出对于25°C和100°C的两个不同结温以及200A和400A的两个电流的发射极电压 降的峰值电压随集电极发射极电压的变化； 图8示出这样的框图，其图示用于估计IGBT器件的结温的装置的功能；以及 图9示出对于如在图8的装置中使用的峰值检测器的示范性电路实现的框图。【具体实施方式】图1示出供在功率应用使用的IGBT模块1的示意图。该IGBT模块1包括并联连接的 一个或多个IGBT器件2。IGBT器件2中的每个一体式形成为半导体芯片并且包括如本领域内 已知的IGBT半导体部件。 IGBT模块1的端子是：绝缘栅极G、主集电极C、感测集电极Cs、主发射极Em和辅发射 极Ea，其中的每个连接到IGBT器件2的相应内部端子，使得模块的端子对于所包括的全部 IGBT器件2表现得像公共本文档来自技高网...
【技术保护点】
确定IGBT器件（2）的实际结温（Tj）的方法，其中所述IGBT器件（2）具有主发射极（EM）和辅发射极（EA），所述方法包括以下步骤：‑测量在所述IGBT器件（2）的开关操作期间作为所述主发射极（EM）处的主发射极电压（VE）与所述辅发射极（EA）处的辅发射极电压（VE’）之间的差异的发射极电压降（VEE’）的特性；以及‑基于所述发射极电压降（VEE’）的特性确定所述结温，‑其中所述结温（Tj）通过以下步骤确定：‑对所述IGBT器件（2）的提供的集电极发射极电压（VDC）和确定的集电极电流（IC）分配所述开关操作期间所述发射极电压降（VEE’）的参考峰值电压，其中所述参考峰值电压对应于在开关操作期间在参考温度所述发射极电压降（VEE’）的峰值电压；‑确定所述开关操作期间所述发射极电压降（VEE’）的峰值电压；以及‑根据所述确定的峰值电压和所述参考峰值电压确定所述实际结温（Tj）。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：V森达拉穆菲，E比安达，R布洛奇，I尼斯托，G克纳普，
申请(专利权)人：ABB技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH
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