CN103605059A

CN103605059A - 一种判断igbt模块局部放电位置的方法

Info

Publication number: CN103605059A
Application number: CN201310638730.XA
Authority: CN
Inventors: 曹琳
Original assignee: Xian Yongdian Electric Co Ltd
Current assignee: CRRC Xian Yongdian Electric Co Ltd
Priority date: 2013-11-29
Filing date: 2013-11-29
Publication date: 2014-02-26

Abstract

本发明公开了一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，包括：s1、测量试验IGBT模块缺陷的位置；s2、对上述试验IGBT模块缺陷进行测量得到其局部放电脉冲的相位分布，获得缺陷位置与放电脉冲相位分布的对应关系，并存储在数据库中；s3、对被测IGBT模块进行测量得到其局部放电脉冲的相位分布；s4、将被测IGBT模块的局部放电脉冲的相位分布与数据库进行比较，得到被测IGBT模块的缺陷位置。本发明的判定方法就是为了解决测试当中无法判断视在电荷较大的原因等问题。通过对模块局部放电脉冲的相位分布形状与其产生缺陷之间的关系进行分析，在前期大量实验统计的结果上判断产生缺陷的原因，为提高局部放电通过率提供依据。

Description

一种判断IGBT模块局部放电位置的方法

技术领域

本发明属于电子制造领域，特别涉及一种判断IGBT模块局部放电位置的方法。

背景技术

绝缘栅双极晶体管（IGBT）是比较理想的全控型器件，其模块容量应经达到400A-2400A/1200V-6500V，满足电力电子与电力传动领域应用要求。然而，随着IGBT功率模块电压等级的升高，绝缘系统承受的电场越来越强，完全不发生局部放电是不实际的。根据GB/T7305-2003/IEC60270:2000标准局部放电测试方法，测试中将局部放电的视在电荷限制在10pC，保证模块能安全工作且有足够长的使用寿命。而就目前IGBT模块局部放电测试来说，不能在不增加测试方法的基础上判断出局部放电发生位置，检查出绝缘局部隐形缺陷，为改善工艺条件提供依据。因此，必须寻找出一种办法能够在测试的基础上判断出IGBT模块发生局部放电的位置。

目前IGBT模块局部放电绝缘缺陷位置判断通常采用光测法，利用放电过程中发出光子而发光，通过摄像判断局部放电位置。其缺点在于：

(1)光测法观察IGBT模块局部放电要求破坏模块，且对模块内部填充物有要求，不容易观察到被遮挡位置；

(2)对摄像机提出很多要求：放电光谱与放电区域的气体组成、材料性质、表面形状等诸多因素有关，不同放电类型放电波长差别很大。同时，局部放电通常发生在一个很小的区域，光信号很微弱，对灵敏度要求较高；

(3)试验目的不同，测量方法不同：观察局部放电的发展过程，要求使用高速摄像机；测定局部放电的起始和熄灭电压，及放电量的大小，最好使用光电倍增管。

因此，有必要提供一种新型的判断IGBT模块局部放电位置的方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明解决的技术问题是提供一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，在不增加测量方法及前期大量统计的基础上，对视在电荷超标的IGBT模块局部放电相位分解图进行分析对比，判断局部放电发生位置。

为解决上述的技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，包括：

s1、测量试验IGBT模块缺陷的位置；

s2、对上述试验IGBT模块缺陷进行测量得到其局部放电脉冲的相位分布，获得缺陷位置与放电脉冲相位分布的对应关系，并存储在数据库中；

s3、对被测IGBT模块进行测量得到其局部放电脉冲的相位分布；

s4、将被测IGBT模块的局部放电脉冲的相位分布与数据库进行比较，得到被测IGBT模块的缺陷位置。

优选的，在上述的判断IGBT模块局部放电位置的方法中，所述步骤s1中，试验IGBT模块缺陷位置的测量采用声测法、光测法、红外热成像法或色谱分析法。

优选的，在上述的判断IGBT模块局部放电位置的方法中，所述步骤s2中，局部放电脉冲的相位分布具体是指：将交流试验电压的一个周期分解成多个相位窗，记录每个相位窗中局部放电量及脉冲次数，得到放电量及脉冲次数与相位角的分布函数。

优选的，在上述的判断IGBT模块局部放电位置的方法中，所述的步骤s2中，对试验IGBT模块同一缺陷进行多次测量或多个同类缺陷进行多次测量得到其局部放电脉冲的相位分布，获得缺陷位置与放电脉冲相位分布的对应关系，并存储在数据库中。

与现有技术相比，本发明提供一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，在不增加测量方法及前期大量统计的基础上，对视在电荷超标的IGBT模块局部放电相位分解图进行分析对比，判断局部放电发生位置，具体包括如下优点：

（1）本发明提供一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，以解决测试当中无法判断视在电荷较大的原因等问题。通过对模块局部放电脉冲的相位分布形状与其产生缺陷之间的关系进行分析，在前期大量实验统计的结果上判断产生缺陷的原因，为提高局部放电通过率提供依据。

（2）局部放电已经广泛的应用在电力容器、电缆、变压器、电机及高压电器等电力设备中，制定出了有效的测试方法及判断准则，对提高产品质量起到积极的推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块的结构示意图；

图2所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块缺陷存在于AlN陶瓷内部空穴的放电脉冲的相位分布图；

图3所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块缺陷存在于DBC敷铜板与AlN陶瓷接触的空隙的放电脉冲的相位分布图；

图4所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块缺陷存在于DBC敷铜板及焊锡边缘毛刺的放电脉冲的相位分布图；

图5所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块缺陷存在于电极不平整，有尖端的放电脉冲的相位分布图。

具体实施方式

研究与实践表明，交流电压下局部放电脉冲的相位分布形状与发生局部放电的缺陷之间有密切的关系。通过对所测IGBT模块局部放电相位分解图（PRPD:Phase Resolved Partial Discharge）的分析，判断出模块中发生局部放电的位置，消除或减少引起局部放电的缺陷，对于提高产品合格率具有重要的意义。

本发明实施例公开了一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，包括：

s1、测量试验IGBT模块缺陷的位置；

上述IGBT模块局部放电位置的判定方法就是为了解决测试当中无法判断视在电荷较大的原因等问题。通过对模块局部放电脉冲的相位分布形状与其产生缺陷之间的关系进行分析，在前期大量实验统计的结果上判断产生缺陷的原因，为提高局部放电通过率提供依据。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明较佳实施例中试验IGBT模块的结构示意图。

参图1所述，试验IGBT模块包括AlSiC基板、AlN陶瓷绝缘层、形成于AlN陶瓷绝缘层两个表面的覆铜层、位于覆铜层表面的焊锡、IGBT芯片、续流二极管、塑料外壳以及位于塑料外壳内的环氧树脂。

交流电压下局部放电脉冲具有特定的幅值及其相对于交流试验电压周期特有的相位角，将交流试验电压的一个周期（0-360°）分解成若干相位窗，记录每个相位窗中局部放电量及脉冲次数，得到放电量及脉冲次数与相位角的分布函数，通过识别局部放电模式，判断出缺陷类型及位置。

首先测量试验IGBT模块的缺陷位置，然后对试验IGBT模块缺陷进行测量得到其局部放电脉冲的相位分布，可以发现不同缺陷位置所对应的局部放电脉冲的相位分布是有区别的：

一、AlN陶瓷内部空穴

参图2所示，其特点为：

1.放电脉冲同时出现在试验电压幅值绝对值上升的两个半周期内，放电脉冲强度不同，正负半周放电脉冲强度基本相同；

2.幅值介于零点和峰值之间；

3.受空穴尺寸限制，电压增大时脉冲数量不会变大；

4.电压持续时间增加，脉冲变化不明显。

二、DBC敷铜板与AlN陶瓷接触的空隙

参图3所示，其特点为：

1.放电脉冲同时出现在试验电压幅值绝对值上升的两个半周期内，放电脉冲强度不同，正负半周放电脉冲强度不同；

2.正半周平均强度大，放电发生在DBC板上部；负半周平均强度大，放电发生在DBC板下部；

3.电压持续时间增加，脉冲变化不明显。

三、DBC敷铜板及焊锡边缘毛刺（电场极值处：DBC板敷铜层与AlN陶瓷及硅凝胶接触处）

参图4所示，其特点为：

1.放电脉冲在一个周期两个电压极值处对称出现，平均强度不同；

2.平均强度大的脉冲，脉冲最大值在电压最大值（90°）附近；平均强度小脉冲，脉冲强度相当；

3.正半周平均强度大，放电发生在DBC板下部；负半周平均强度大，放电发生在DBC板上部；

4.脉冲强度随电压升高变化不明显，脉冲数量增加；

5.电压持续时间增加，放电脉冲强度增加明显。

四、电极不平整，有尖端（电晕放电）

参图5所示，其特点为：

1.放电脉冲在负半周期电压极值处对称出现；

2.放电脉冲等间隔，强度基本相当；

3.电压升高，脉冲数量增加，强度几乎不变；

4.电压足够高时，正半周期会出现少量幅值大的放电；

5.电压持续增加会产生类似直流电流特性。

由于局部放电具有随机性，会随放电位置的物理变化及局部场强和电压作用发生变化，因此需要采用与随机特性有关的统计识别方法进行识别。通过对同一缺陷的多次测量或多个同类缺陷的多次测量得到其局部放电脉冲的相位分布，存储在数据库中。测量时将所测IGBT模块局部放电脉冲的相位分布与数据库中进行比较，准确得到模块绝缘缺陷类型。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种判断IGBT模块局部放电位置的方法，其特征在于，包括：

s1、测量试验IGBT模块缺陷的位置；

2.根据权利要求1所述的判断IGBT模块局部放电位置的方法，其特征在于：所述步骤s1中，试验IGBT模块缺陷位置的测量采用声测法、光测法、红外热成像法或色谱分析法。

3.根据权利要求1所述的判断IGBT模块局部放电位置的方法，其特征在于：所述步骤s2中，局部放电脉冲的相位分布具体是指：将交流试验电压的一个周期分解成多个相位窗，记录每个相位窗中局部放电量及脉冲次数，得到放电量及脉冲次数与相位角的分布函数。

4.根据权利要求1所述的判断IGBT模块局部放电位置的方法，其特征在于：所述的步骤s2中，对试验IGBT模块同一缺陷进行多次测量或多个同类缺陷进行多次测量得到其局部放电脉冲的相位分布，获得缺陷位置与放电脉冲相位分布的对应关系，并存储在数据库中。