一种IGBT的结温监测方法、装置和系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种IGBT的结温监测方法，包括当被测IGBT设于校准曲线测试电路中时，控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线；当所述被测IGBT设于热阻测试电路中时，控制所述热阻测试电路测量所述被测IGBT处于预设功率损耗下的管压降，并根据所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温，以计算所述被测IGBT的热阻；在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温。本发明专利技术还公开了相应的结温监测装置和系统，采用本发明专利技术，能在不影响IGBT实际工程运行条件的情况下，实时监测运行过程中的IGBT的结温，且测量结果准确性高。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT的结温监测方法、装置和系统
本专利技术涉及电力系统输电
，尤其涉及一种IGBT的结温监测方法、装置和系统。
技术介绍
功率子模块是模块化多电平换流器系统(ModularMultilevelConverter，MMC)最小的储能和功率变换单元，其核心功率器件为绝缘栅双极型晶体管(InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT)，同时也是子模块运行时主要的发热器件。根据器件手册可知，IGBT有最大工作结温限制，为了避免IGBT因过负荷而导致器件发热过高失效，需要对其结温进行实时监测，以便对其配置相应的过热保护措施。目前对于IGBT结温的测试方法多种多样，大致包括接触式、温敏电参数法和非接触式3大类。然而，在实施本专利技术过程中，专利技术人发现现有技术至少存在如下问题：接触式测试方法会损坏器件封装结构，进而改变散热条件和散热路径，从而导致芯片结温与实际情况存在较大差别。温敏电参数法需要对IGBT搭建额外的小电流触发电路，需要解决小电流触发电路的耐压问题和与实际工作电流的配合问题，该方法并不适用于实际工程运行中IGBT结温的测量。非接触式测温采用探测物体发出的电磁波等物理量来测试温度，要求待测物体暴露在开放空间内，与其他物体没有阻隔，而且受环境因素影响较大。由于压接型IGBT器件中的芯片被集电极和发射极极板完全覆盖，芯片辐射的电磁波不能发射出去，因此该方法同样不适用于实际工程中子模块IGBT结温的测量。
技术实现思路
本专利技术实施例的目的是提供一种IGBT的结温监测方法、装置和系统，能在不影响IGBT实际工程运行条件的情况下，实时监测运行过程中的IGBT的结温，且测量结果准确性高。为实现上述目的，本专利技术实施例提供了一种IGBT的结温监测方法，包括：当被测IGBT设于校准曲线测试电路中时，控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线；其中，所述结温校准曲线记录了所述被测IGBT的管压降与结温的对应关系；在得到所述被测IGBT的结温校准曲线之后，当所述被测IGBT设于热阻测试电路中时，控制所述热阻测试电路测量所述被测IGBT处于预设功率损耗下的管压降；根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降和所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温，以计算所述被测IGBT的热阻；在计算所述被测IGBT的热阻之后，在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温。作为上述方案的改进，所述在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温，具体包括：在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，监测所述被测IGBT的实时表面温度；根据所述被测IGBT的热阻、实际功率损耗和实时表面温度，通过以下计算公式，计算所述被测IGBT的实时结温：Tj(t)＝Zth,jc×p+TC(t)；其中，Tj(t)为所述被测IGBT的实时结温，Zth,jc为所述被测IGBT的热阻，p为所述被测IGBT的实际功率损耗，TC(t)为所述被测IGBT的实时表面温度。作为上述方案的改进，所述校准曲线测试电路包括门极电压触发单元、测量电流源和管压降测量单元；当所述被测IGBT设于所述校准曲线测试电路中时，所述被测IGBT的门极与所述门极电压触发单元的正极连接，所述被测IGBT的发射极与所述门极电压触发单元的负极连接；所述被测IGBT的发射极还与所述测量电流源的正极连接，所述被测IGBT的集电极与所述测量电流源的负极连接；所述管压降测量单元并联于所述被测IGBT的集电极和发射极。作为上述方案的改进，所述控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线，具体包括：控制所述门极电压触发单元发出触发信号，以使所述被测IGBT导通；控制所述测量电流源向所述被测IGBT通入预设测量电流；控制所述管压降测量单元测量所述被测IGBT在不同结温下的管压降；根据所述被测IGBT的结温和在不同结温下的管压降，形成所述结温校准曲线。作为上述方案的改进，采用加热温箱对所述被测IGBT进行加热，通过调整所述加热温箱的温度，以使所述被测IGBT处于不同结温下。作为上述方案的改进，所述热阻测试电路包括对拖电路、门极驱动单元、测量电流源、管压降测量单元；其中，所述对拖电路由两个相同的半桥功率子模块组成，两个半桥功率子模块之间通过负载电抗连接；每一所述半桥功率子模块均包括两个相同的功率开关器件；当所述被测IGBT设于所述热阻测试电路中时，以所述被测IGBT作为任一所述半桥功率子模块中的一个功率开关器件，以与所述被测IGBT相同的三个陪测IGBT作为另外的三个功率开关器件；所述被测IGBT的发射极与所述测量电流源的正极连接，所述被测IGBT的集电极与所述测量电流源的负极连接，所述管压降测量单元并联于所述被测IGBT的集电极和发射极；所述被测IGBT和每一所述陪测IGBT的门极均与所述门极驱动单元连接。作为上述方案的改进，所述控制所述热阻测试电路测量所述被测IGBT处于预设功率损耗下的管压降，具体包括：控制所述门极驱动单元发出第一触发信号，以导通所述被测IGBT和每一所述陪测IGBT，以使所述被测IGBT上产生负载电流并处于所述预设功率损耗下；当所述被测IGBT处于热平衡状态之后，控制所述门极驱动单元发出第二触发信号，以关断所述被测IGBT和每一所述陪测IGBT；当所述被测IGBT上的负载电流降为零后，控制所述门极驱动单元发出第三触发信号，以导通所述被测IGBT；并控制所述测量电流源向所述被测IGBT通入预设测量电流；控制所述管压降测量单元测量所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降。作为上述方案的改进，根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降和所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温，以计算所述被测IGBT的热阻，具体包括：根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降和所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温；测量所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的表面温度；根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温、表面温度和所述预设功率损耗，通过以下计算公式，计算所述被测IGBT的热阻：其中，Zth,jc为所述被测IGBT的热阻，p0为所述预设功率损耗，和分别为所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温和表面温度。本专利技术实施例还提供了一种IGBT的结温监测装置，包括第一控制模块、第二控制模块、第一计算模块和第二计算模块；其中，所述第一控制模块，用于当被测IGBT设于校准曲线测试电路中时，控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT的结温监测方法，其特征在于，包括：/n当被测IGBT设于校准曲线测试电路中时，控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线；其中，所述结温校准曲线记录了所述被测IGBT的管压降与结温的对应关系；/n在得到所述被测IGBT的结温校准曲线之后，当所述被测IGBT设于热阻测试电路中时，控制所述热阻测试电路测量所述被测IGBT处于预设功率损耗下的管压降；/n根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降和所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温，以计算所述被测IGBT的热阻；/n在计算所述被测IGBT的热阻之后，在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温。/n

【技术特征摘要】
1.一种IGBT的结温监测方法，其特征在于，包括：
当被测IGBT设于校准曲线测试电路中时，控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线；其中，所述结温校准曲线记录了所述被测IGBT的管压降与结温的对应关系；
在得到所述被测IGBT的结温校准曲线之后，当所述被测IGBT设于热阻测试电路中时，控制所述热阻测试电路测量所述被测IGBT处于预设功率损耗下的管压降；
根据所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的管压降和所述结温校准曲线，获取所述被测IGBT处于所述预设功率损耗下的结温，以计算所述被测IGBT的热阻；
在计算所述被测IGBT的热阻之后，在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温。


2.如权利要求1所述的IGBT的结温监测方法，其特征在于，所述在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，根据所述被测IGBT的热阻和实际功率损耗，计算所述被测IGBT的实时结温，具体包括：
在所述被测IGBT投入实际工程运行的过程中，监测所述被测IGBT的实时表面温度；
根据所述被测IGBT的热阻、实际功率损耗和实时表面温度，通过以下计算公式，计算所述被测IGBT的实时结温：
Tj(t)＝Zth,jc×p+TC(t)；
其中，Tj(t)为所述被测IGBT的实时结温，Zth,jc为所述被测IGBT的热阻，p为所述被测IGBT的实际功率损耗，TC(t)为所述被测IGBT的实时表面温度。


3.如权利要求1所述的IGBT的结温监测方法，其特征在于，所述校准曲线测试电路包括门极电压触发单元、测量电流源和管压降测量单元；
当所述被测IGBT设于所述校准曲线测试电路中时，所述被测IGBT的门极与所述门极电压触发单元的正极连接，所述被测IGBT的发射极与所述门极电压触发单元的负极连接；所述被测IGBT的发射极还与所述测量电流源的正极连接，所述被测IGBT的集电极与所述测量电流源的负极连接；所述管压降测量单元并联于所述被测IGBT的集电极和发射极。


4.如权利要求3所述的IGBT的结温监测方法，其特征在于，所述控制所述校准曲线测试电路测试所述被测IGBT在不同结温下的管压降，以得到所述被测IGBT的结温校准曲线，具体包括：
控制所述门极电压触发单元发出触发信号，以使所述被测IGBT导通；
控制所述测量电流源向所述被测IGBT通入预设测量电流；
控制所述管压降测量单元测量所述被测IGBT在不同结温下的管压降；
根据所述被测IGBT的结温和在不同结温下的管压降，形成所述结温校准曲线。


5.如权利要求4所述的IGBT的结温监测方法，其特征在于，采用加热温箱对所述被测IGBT进行加热，通过调整所述加热温箱的温度，以使所述被测IGBT处于不同结温下。


6.如权利要求1所述的IGBT的结温监测方法，其特征在于，所述热阻测试电路包括对拖电路、门极驱动单元、测量电流源、管压降测量单元；其中，所述对拖电路由两个相同的半桥功率子模块组成，两个半桥功率子模块之间通过负载电抗连接；每一所述半桥功率子模块均包括两个相同的功率开关器件；
当所述被测IGBT设于所述热阻测试电路中时，以所述被测...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬煜轲，侯婷，何智鹏，李凌飞，杨煜，李岩，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，中国南方电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：广东;44