CN104459277B - 一种大功率压接型igbt模块电流检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，包括步骤1：将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部，采集IGBT芯片的电流信号；步骤2：压接型IGBT的主控单元依据电流信号调整IGBT芯片的驱动信号，以平衡IGBT芯片电流；若压接型IGBT由N个IGBT芯片并联组成时，在每个IGBT芯片对应的凸台的外围套置一个罗氏线圈；若压接型IGBT包括M个并联的IGBT模块，每个IGBT模块由N个IGBT芯片并联组成时，将每个IGBT模块中N个IGBT芯片对应的凸台作为一个凸台组，在每个IGBT模块的凸台组的外围套置一个罗氏线圈。与现有技术相比，本发明提供的一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，能够实现对大功率IGBT的并联均流控制和保护。
Description
技术领域
本发明涉及一种IGBT模块电流检测方法，具体涉及一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法。
背景技术
随着风电、太阳能等新能源大规模接入，能源配置发生了变化，风电、太阳能等可再生能源具有间歇性、分散性等特点，同时传统直流输电技术不易实现直流电网的网络化、多端化，难以满足当前电网发展需求。为满足电网要求，采用基于IGBT等可关断电力电子器件的柔性直流输电能够解决上述直流电网网络化和多端化的问题，因此电力市场对兆瓦级大功率变流器的需求与日俱增。
大功率IGBT包括焊接型IGBT和压接型IGBT两种，压接型IGBT具有结构紧凑、双面散热、失效短路模式、抗冲击强等优点，更适合于电力系统等高压大功率应用场合。
目前大功率IGBT电流最大只能达到2000A，而电力系统对于IGBT的需求则达到了6000A以上，IGBT芯片当前电流最大为62.5A，因此需要大量的IGBT芯片或者模组(几个芯片并联的单元称之为模组)并联，才能实现IGBT电流达到6000A。大量的IGBT芯片或者模组并联将导致IGBT芯片电流分布不平衡，承受电流大的IGBT芯片将会被损坏。
罗氏线圈测量电流的理论依据是法拉第电磁感应定律和安培环路定律，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈，其输出信号为电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。该线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和、几乎没有相位误差的特点。由于IGBT开通和关断时电流的变化速度大，选用罗氏线圈能测量准确的电流信号。因此，需要提供一种基于罗氏线圈测量的压接型IGBT电流检测方法，实现大功率IGBT模块并联均流控制及保护。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，所述方法包括：
步骤1：将罗氏线圈嵌入所述压接型IGBT的封装内部，采集IGBT芯片的电流信号；
步骤2：所述压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号调整IGBT芯片的驱动信号，以平衡IGBT芯片电流。
优选的，所述压接型IGBT包括上金属板和下金属板；所述下金属板包括等间距设置的凸台；
所述IGBT芯片设置在所述上金属板和凸台之间，IGBT芯片与凸台为串联连接，IGBT芯片之间为并联连接；
优选的，所述压接型IGBT由N个IGBT芯片并联组成，N至少为2，将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部包括：
步骤1-1：在每个IGBT芯片对应的凸台的外围套置一个罗氏线圈；
步骤1-2：所述罗氏线圈采集所述凸台中流过的电流信号；
步骤1-3：压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号向IGBT芯片发送驱动信号，以调整IGBT芯片输出的电流值；
优选的，所述压接型IGBT包括M个并联的IGBT模块，每个IGBT模块由N个IGBT芯片并联组成，N至少为2，M至少为2，将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部的包括：
步骤1-3：将每个IGBT模块中N个IGBT芯片对应的凸台作为一个凸台组，所述压接型IGBT包括M个凸台组；
步骤1-4：在每个IGBT模块的凸台组的外围套置一个罗氏线圈；
步骤1-5：所述罗氏线圈采集所述凸台组中流过的电流信号；
步骤1-6：压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号向IGBT模块发送驱动信号，以调整IGBT模块输出的电流值；
优选的，所述步骤1-6中所述IGBT模块中的每个IGBT芯片均接收所述驱动信号；依据所述驱动信号同时触发N个IGBT芯片的门极导通或者闭锁，调整每个IGBT芯片输出的电流值，从而改变所述IGBT模块输出的电流值；
优选的，所述主控单元包括电流检测模块、PWM信号接收模块、电流平衡模块和驱动信号通信模块；
所述电流检测模块，用于接收罗氏线圈发送的电流信号，并将所述电流信号发送到电流平衡模块；
所述PWM信号接收模块，用于接收上位机发送的PWM信号，并其发送到电流平衡模块；所述PWM信号为调整所述压接型IGBT输出值的控制指令；
所述电流平衡模块，依据所述电流信号和PWM信号产生驱动信号，将所述驱动信号发送到IGBT芯片，触发IGBT芯片的门极导通或者闭锁；
所述驱动信号通信模块，用于传输所述驱动信号。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
1、本发明技术方案中，若压接型IGBT由N个IGBT芯片并联组成时，在每个IGBT芯片对应的凸台的外围套置一个罗氏线圈，所述罗氏线圈采集凸台中流过的电流信号，能够准确的测量IGBT芯片电流，实现芯片并联电流平衡；
2、本发明技术方案中，若压接型IGBT包括M个并联的IGBT模块，每个IGBT模块由N个IGBT芯片并联组成时，将每个IGBT模块中N个IGBT芯片对应的凸台作为一个凸台组，在每个IGBT模块的凸台组的外围套置一个罗氏线圈，所述罗氏线圈采集凸台组中流过的电流信号，能够准确的测量IGBT模块电流，实现模块并联电流平衡；
3、本发明提供的一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，能够实现对大功率IGBT的并联均流控制和保护。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：本发明实施例中一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法流程图；
图2：本发明实施例中压接型IGBT的结构示意图A；
图3：图2所示压接型IGBT的电路原理图；
图4：图2所示压接型IGBT中罗氏线圈的嵌入示意图；
图5：本发明实施例中压接型IGBT的结构示意图B；
图6：图5所示压接型IGBT的电路原理图；
图7：图5所示压接型IGBT中罗氏线圈的嵌入示意图；
图8：本发明实施例中压接型IGBT的主控单元结构图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，其具体步骤如图1所示：
1、、将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部，采集IGBT芯片的电流信号。
压接型IGBT的结构为：
包括上金属板和下金属板，下金属板包括等间距设置的凸台，IGBT芯片通过硬压接设置在上金属板和凸台之间。IGBT芯片与凸台为串联连接，IGBT芯片之间为并联连接。
本实施例中压接型IGBT包括两种类型：
(1)压接型IGBT由N个IGBT芯片并联组成，N至少为2；如图2所示本实施例中压接型IGBT包括芯片1、芯片2、芯片3和芯片4，则将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部包括：
①：如图4所示，在每个IGBT芯片对应的凸台的外围套置一个罗氏线圈；即图2中芯片1对应的凸台外围套置线圈1、芯片2对应的凸台外围套置线圈2、芯片3对应的凸台外围套置线圈3、芯片4对应的凸台外围套置线圈4。
②：罗氏线圈采集凸台中流过的电流信号，如图3所示，罗氏线圈将采集的电流信号发送到压接型IGBT的主控单元，由于凸台与IGBT芯片为串联连接，所以该电流信号即为与其对应的IGBT芯片的输出电流信号。
③：主控单元分析上述电流信号的电流值大小，向IGBT芯片发送驱动信号以调整IGBT芯片的电流值。
(2)压接型IGBT包括M个并联的IGBT模块，每个IGBT模块由N个IGBT芯片并联组成，M至少为2；如图5所示本实施例中压接型IGBT包括IGBT模块1和IGBT模块2，两个模块中均包括四个IGBT芯片，则将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部的包括：
①：将每个IGBT模块中N个IGBT芯片对应的凸台作为一个凸台组，压接型IGBT包括M个凸台组；如图5所示，压接型IGBT包括两个凸台组，每个凸台组包括四个凸台。
②：在每个IGBT模块的凸台组的外围套置一个罗氏线圈，如图5和7所示，在IGBT模块1的外围套置线圈1、在IGBT模块2的外围套置线圈2。
③：罗氏线圈采集凸台组中流过的电流信号，并将该电流信号发送到主控单元。如图6所示的压接型IGBT包括两个IGBT模块，每个IGBT模块包括三个IGBT芯片，罗氏线圈采集IGBT模块的电流信号即采集每个IGBT芯片的电流信号。
由于凸台与IGBT芯片为串联连接，凸台组内的凸台为并联连接，所以该电流信号即为IGBT模块输出的电流信号，同时也是每个IGBT芯片输出的电流信号。
④：主控单元分析电流信号中电流值的大小向IGBT模块发送驱动信号，以调整IGBT模块输出的电流值。
如图6所示，IGBT模块中的每个IGBT芯片均接收驱动信号；依据驱动信号同时触发三个IGBT芯片的门极导通或者闭锁，调整每个IGBT芯片输出的电流值，从而改变IGBT模块输出的电流值。
2、压接型IGBT的主控单元依据电流信号调整IGBT芯片的驱动信号，以平衡IGBT芯片电流。
如图8所示，主控单元包括电流检测模块、PWM信号接收模块、电流平衡模块和驱动信号通信模块。
①：电流检测模块，用于接收罗氏线圈发送的电流信号，并将电流信号发送到电流平衡模块。
②：PWM信号接收模块，用于接收上位机发送的PWM信号，并其发送到电流平衡模块；PWM信号为调整压接型IGBT输出值的控制指令，该PWM信号由技术人员依据实际工况要求手动设置。
③：电流平衡模块，分析电流信号中电流值的大小，并依据PWM信号的电流波形要求产生驱动信号，将驱动信号发送到IGBT芯片或IGBT模块，触发IGBT芯片的门极导通或者闭锁。
④：驱动信号通信模块，用于传输驱动信号。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
Claims (5)
1.一种大功率压接型IGBT模块电流检测方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：将罗氏线圈嵌入所述压接型IGBT的封装内部，采集IGBT芯片的电流信号；
步骤2：所述压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号调整IGBT芯片的驱动信号，以平衡IGBT芯片电流；
所述主控单元包括电流检测模块、PWM信号接收模块、电流平衡模块和驱动信号通信模块；
所述电流检测模块，用于接收罗氏线圈发送的电流信号，并将所述电流信号发送到电流平衡模块；
所述PWM信号接收模块，用于接收上位机发送的PWM信号，并其发送到电流平衡模块；所述PWM信号为调整所述压接型IGBT输出值的控制指令；
所述电流平衡模块，依据所述电流信号和PWM信号产生驱动信号，将所述驱动信号发送到IGBT芯片，触发IGBT芯片的门极导通或者闭锁；
所述驱动信号通信模块，用于传输所述驱动信号。
2.如权利要求1所述的电流检测方法，其特征在于，所述压接型IGBT包括上金属板和下金属板；所述下金属板包括等间距设置的凸台；
所述IGBT芯片设置在所述上金属板和凸台之间，IGBT芯片与凸台为串联连接，IGBT芯片之间为并联连接。
3.如权利要求1或2所述的电流检测方法，其特征在于，所述压接型IGBT由N个IGBT芯片并联组成，N至少为2，将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部包括：
步骤1-1：在每个IGBT芯片对应的凸台的外围套置一个罗氏线圈；
步骤1-2：所述罗氏线圈采集所述凸台中流过的电流信号；
步骤1-3：压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号向IGBT芯片发送驱动信号，以调整IGBT芯片输出的电流值。
4.如权利要求1或2所述的电流检测方法，其特征在于，所述压接型IGBT包括M个并联的IGBT模块，每个IGBT模块由N个IGBT芯片并联组成，N至少为2，M至少为2，将罗氏线圈嵌入压接型IGBT的封装内部的包括：
步骤1-3：将每个IGBT模块中N个IGBT芯片对应的凸台作为一个凸台组，所述压接型IGBT包括M个凸台组；
步骤1-4：在每个IGBT模块的凸台组的外围套置一个罗氏线圈；
步骤1-5：所述罗氏线圈采集所述凸台组中流过的电流信号；
步骤1-6：压接型IGBT的主控单元依据所述电流信号向IGBT模块发送驱动信号，以调整IGBT模块输出的电流值。
5.如权利要求4所述的电流检测方法，其特征在于，所述步骤1-6中所述IGBT模块中的每个IGBT芯片均接收所述驱动信号；依据所述驱动信号同时触发N个IGBT芯片的门极导通或者闭锁，调整每个IGBT芯片输出的电流值，从而改变所述IGBT模块输出的电流值。
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