CN105301485A - 多igbt快速功率循环加速老化装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供的一种多IGBT快速功率循环加速老化装置，包括多个IGBT器件老化工位、用于测试的加热电流源以及用于测试的测试电流源，所述老化工位依次连接形成串联结构，所述加热电流源和测试电流源交替向串联后的老化工位供电，能够同时对多个IGBT器件进行老化实验，而只需要一个加热电流源和一个测试电流源，保证了在实验过程中实验电流的同质性，提高工作效率的同时，消除传统技术中实验数据的缺陷，大大提高实验数据的准确性，保证实验数据的可对比性，确保最终的IGBT器件的试验分析结果稳定和准确。

Description

多IGBT快速功率循环加速老化装置

技术领域

本发明涉及一种开关器件测试设备，尤其涉及一种多IGBT快速功率循环加速老化装置。

背景技术

功率变流器作为电能转换和存储的装置，被广泛应用于新能源发电、电力机车牵引、航空电源、电动汽车等领域，但是其可靠性相对较低，严重制约新能源发电等的大规模化发展，因此，如何评估和提高功率变流装置的可靠性是目前电力电子学亟待解决的关键问题之一。

IGBT器件广泛应用于大功率变流装置中，是大功率变流装置中可靠性最低的部件，因此，IGBT器件的可靠性分析对于大功率变流装置的可靠性具有至关重要的意义，为了分析IGBT器件的失效机理并建立有效的预测模型，需要对IGBT器件进行加速老化实验，以便在较短的时间内获得较多的样本数据，现有技术中，只能对单个的IGBT器件进行加速老化实验，对于多个IGBT器件的实验只能逐个进行，造成实验效率低，更为重要的是缺少对比实验组，如需对多个IGBT器件进行同时实验，则需要多台设备仪器，造成高昂的实验成本，而且各仪器之间存在差异，比如实验设备中的电子元件的差异，即使同时同地对多个IGBT进行老化实验，仍然使得实验数据缺少可对比性，造成最终的分析结果不准确。

因此，需要提出一种新的装置，能够同时对多个IGBT器件进行老化实验，消除传统技术中实验数据的缺陷，提高工作效率的同时，大大提高实验数据的准确性，保证实验数据的可对比性，确保最终的IGBT器件的稳定性分析结果准确。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种多IGBT快速功率循环加速老化装置，能够同时对多个IGBT器件进行老化实验，消除传统技术中实验数据的缺陷，提高工作效率的同时，大大提高实验数据的准确性，保证实验数据的可对比性，确保最终的IGBT器件的稳定性分析结果准确。

本发明提供的一种多IGBT快速功率循环加速老化装置，包括多个IGBT器件老化工位、用于测试的加热电流源以及用于测试的测试电流源，所述老化工位依次连接形成串联结构，所述加热电流源和测试电流源交替向串联后的老化工位供电。

进一步，还包括加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2，所述加热电流源与加热电流控制开关S1串联后与串联后的老化工位电连接，所述测试电流源与测试电流控制开关S2串联后与串联后的老化工位电连接，所述加热电流源和测试电流源通过加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2交替导通进行交替供电。

进一步，所述IGBT器件老化工位包括待老化的IGBT器件和与IGBT器件对应设置的可控开关SP,所述IGBT器件与可控开关SP形成并联结构。

进一步，所述IGBT器件和可控开关SP互补导通。

进一步，还包括A/D转换电路、温度采集电路以及处理器，所述A/D转换电路采集IGBT器件的饱和压降并输入到处理器，所述温度采集电路采集IGBT器件的壳体温度并输入到处理器，所述处理器控制加热电流控制开关S1、测试电流控制开关S2以及可控开关SP导通或者关闭。

进一步，所述加热电流源和测试电流源输出波形为脉冲方波。

进一步，测试过程中，处理器将测量的温度值与设定的温度值进行比较，并根据如下状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作，所述IGBT器件和可控开关SP的工作状态如下：

a.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值小于设定温度值的上限，则各IBBT器件老化工位的开关状态保持不变；

b.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值大于设定温度值的下限，则各IGBT器件老化工位的开关状态保持不变；

c.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值大于或等于设定温度值的上限，则控制IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通；

d.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值小于或等于设定温度值的下限，则控制IGBT器件导通，与该IGBT器件对应的可控开关SP关断；

其中，测量温度值包括IGBT器件的结温和IGBT器件的壳体温度。

进一步，测试过程中，处理器将各IGBT器件功率循环计老化次数与设定的功率循环老化次数值进行比较，并根据如下工作状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作：

若IGBT器件功率循环老化次数小于设定功率循环老化次数，则各IGBT器件依照a至d的状态继续进行功率循环老化；

若某个IGBT器件功率循环老化次数等于设定功率循环老化次数，则处理器控制达到设定功率循环老化次数的IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通，从而停止对该IGBT器件的老化。

本发明的有益效果：本发明的多IGBT快速功率循环加速老化装置，能够同时对多个IGBT器件进行老化实验，而只需要一个加热电流源和一个测试电流源，提高工作效率的同时，消除传统技术中实验数据的缺陷(比如实验设备不相同造成实验数据差异)，大大提高实验数据的准确性，保证实验数据的可对比性，确保最终的IGBT器件的稳定性试验分析结果稳定和准确。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的电路原理图。

图2为本发明的控制原理框图。

图3为加热电流源和测试电流源交替导通的波形图。

图4为IGBT器件饱和压降和结温对应曲线。

图5为IGBT器件具有壳温波动ΔTc功率循环时的电流波形图。

图6为两个IGBT器件同时基于结温波动ΔTj快速功率循环加速老化电路。

图7为图6中实验时的时序图。

图8为t0-t1时刻，图6所示电路电流流向及开关状态示意图。

图9为t1-t2时刻，图6所示电路电流流向及开关状态示意图。

图10为t4-t5时刻，图6所示电路电流流向及开关状态示意图。

图11为t6-t7时刻，图6所示电路电流流向及开关状态示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细的说明：

本发明提供的一种多IGBT快速功率循环加速老化装置，包括多个IGBT器件老化工位、用于测试的加热电流源以及用于测试的测试电流源，所述老化工位依次连接形成串联结构，所述加热电流源和测试电流源交替向串联后的老化工位供电，能够同时对多个IGBT器件进行老化实验，而只需要一个加热电流源和一个测试电流源，保证了在实验工程中实验电流的同质性，提高工作效率的同时，消除传统技术中实验数据的缺陷(比如实验设备不相同造成实验数据差异)，大大提高实验数据的准确性，保证实验数据的可对比性，确保最终的IGBT器件的试验分析结果稳定和准确。

本实施例中，还包括加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2，所述加热电流源与加热电流控制开关S1串联后与串联后的老化工位电连接，所述测试电流源与测试电流控制开关S2串联后与串联后的老化工位电连接，所述加热电流源和测试电流源通过加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2交替导通进行交替供电，通过这种结构，利于对加热电流源和测试电流源的交替供电进行控制，相应速度快，加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2可以采用现有的开关器件或者智能开关。

本实施例中，所述IGBT器件老化工位包括待老化的IGBT器件和与IGBT器件对应设置的可控开关SP,所述IGBT器件与可控开关SP形成并联结构，其中所述IGBT器件和可控开关SP互补导通，通过这种结构，利于对IGBT器件进行老化实验，而且能够保证各IGBT器件的相互独立性，在实验过程中互不干扰，确保最终的实验数据的可对比性。

本实施例中，还包括A/D转换电路、温度采集电路以及处理器，所述A/D转换电路采集IGBT器件的饱和压降并输入到处理器，所述温度采集电路采集IGBT器件的壳体温度并输入到处理器，所述处理器控制加热电流控制开关S1、测试电流控制开关S2以及可控开关SP导通或者关闭，其中，A/D转换电路用于采集实验过程中IGBT器件的饱和压降，处理器通过图4中所示的饱和压降和结温的对比曲线得出IGBT器件的结温，温度采集电路采集IGBT器件的壳体温度，处理器将结温和壳体温度与设定温度值进行对比并根据对比结果控制IGBT器件和可控开关SP的工作状态。

本实施例中，所述加热电流源和测试电流源输出波形为脉冲方波。

本实施例中，测试过程中，处理器将测量的温度值与设定的温度值进行比较，并根据如下状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作，所述IGBT器件和可控开关SP的工作状态如下：

a.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值小于设定温度值的上限，则各IBBT器件老化工位的开关状态保持不变；

b.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值大于设定温度值的下限，则各IGBT器件老化工位的开关状态保持不变；

c.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值大于或等于设定温度值的上限，则控制IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通；

d.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值小于或等于设定温度值的下限，则控制IGBT器件导通，与该IGBT器件对应的可控开关SP关断；

其中，测量温度值包括IGBT器件的结温和IGBT器件的壳体温度；

测试过程中，处理器将各IGBT器件功率循环计老化次数与设定的功率循环老化次数值进行比较，并根据如下工作状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作：

若IGBT器件功率循环老化次数小于设定功率循环老化次数，则各IGBT器件依照a至d的状态继续进行功率循环老化；

若某个IGBT器件功率循环老化次数等于设定功率循环老化次数，则处理器控制达到设定功率循环老化次数的IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通，从而停止对该IGBT器件的老化。

具体地，对于结温来说：

当前结温已大于或等于设定结温上限值，在下一个加热电流导通期间，所述器件IGBTn关断、相应并联可控开关Spn导通，器件IGBTn进入散热状态，其中n表示第n个元件，也就是说：IGBTn表示第n个IGBT，Spn表示与IGBTn对应且并联的第n个可控开关SP；

如果当前结温处于设定结温波动范围内，在下一个加热电流导通期间，所述IGBTn器件和相应并联开关Spn保持上一周期状态不变；

如果当前结温已小于或等于设定结温下限值，在下一个加热电流导通期间，所述器件IGBTn导通、相应并联可控开关Spn关断，器件IGBTn进入再次加热状态，此时IGBTn器件已完成一个功率循环周期，开始下一个功率循环周期。

对于壳体温度来说：

如果当前壳温已大于或等于设定壳温上限值，所述器件IGBTn关断、相应并联可控开关Spn导通，器件IGBTn进入散热状态；

如果当前壳温处于设定壳温波动范围内，所述IGBTn器件和相应并联开关Spn保持状态不变；

如果当前壳温已小于或等于设定壳温下限值，所述器件IGBTn导通、相应并联可控开关Spn关断，器件IGBTn进入再次加热状态，此时IGBTn器件已完成一个功率循环周期，开始下一个功率循环周期；

本实施例中，所述IGBT器件可实现独立老化进程，测试过程中，处理器将各IGBT器件当前功率循环计数值与各自设定的功率循环总次数值进行比较，并根据如下工作状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作，所述IGBT器件和可控开关SP的工作状态如下：

若IGBT器件功率循环当前计数值小于设定的总次数，则各IGBT器件依照权利要求7描述各状态继续进行功率循环，继续老化；

若老化工位中某个IGBT器件功率循环当前计数值等于设定的总次数，则控制达到功率循环设定总次数的IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通，从而停止对该工位中IGBT器件的老化。

本实施例中以两个IGBT器件进行老化实验为例，对本发明的原理进行进一步的说明，如图6至图11所示：

图6中所示为两个IGBT器件串联形成的老化实验电路，图7为在图6所示的电路条件下的工作时序图，图8至图11将IGBT器件等效为开关。

图7中，Tjmax表示功率循环中结温最高值；Tjmin表示结温最低值；驱动Vge1表示IGBT1模块的驱动电压，高电平表示IGBT1导通加热，零电平表示IGBT1关断散热；并联开关Sp1表示与IGBT1并联的可控开关，其中高电平表示导通，零电平表示关断；驱动Vge2表示IGBT2模块的驱动电压，高电平表示IGBT2导通加热，零电平表示IGBT2关断散热；并联开关Sp2表示与IGBT2并联的可控开关，其中高电平表示导通，零电平表示关断；加热电流表示加热电流源，高电平表示加热电流接入主电路，零电平表示未接入主电路；测试电流表示测试电流源，高电平表示测试电流接入主电路，零电平表示未接入主电路，图7中的并联开关SP1即指的是可控开关；

如图7所示，在t0时刻快速功率循环老化试验开始，此时加热电流源的供电通路导通、测试电流源的供电通路关断，可控开关Sp1和可控开关Sp2关断，老化器件IGBT1和IGBT2导通，加热电流流经IGBT1和IGBT2，开始对器件IGBT1和IGBT2加热，IGBT1和IGBT2结温开始升高，可控开关的状态及电流流向如图8所示；

t1-t2时刻，加热电流供电通路关断，测试电流供电通路导通，此时，可控开关Sp1和可控开关Sp2关断，测试电流流过器件IGBT1和IGBT2，可控开关的状态及电流流向如图9所示，通过采集测试电流下器件IGBT1和IGBT2的饱和压降，间接测得IGBT1和IGBT2的结温，此时处理器判断知IGBT1和IGBT2的结温都未升至最高结温，所以下一周期器件IGBT1和IGBT2继续保持加热状态；

t2-t3时刻，加热电流源的供电通路导通，测试电流源的供电通路关断，可控开关Sp1和可控开关Sp2关断，器件IGBT1和IGBT2导通，结温继续升高。

t3-t4时刻，器件IGBT1的结温未升至Tjmax，所以下一个加热电流导通阶段，器件IGBT1继续导通保持加热状态，而器件IGBT2的结温已升至Tjmax，所以下一个加热电流导通阶段，器件IGBT2关断并进入散热状态，结温开始下降；

t4-t5时刻，器件IGBT1处于加热状态，而器件IGBT2处于散热状态，因此IGBT1需要通加热电流，而IGBT2不需要通加热电流，所以此时控制与IGBT2并联的可控开关Sp2导通，加热电流经Sp2和IGBT1形成回路，继续对IGBT1加热，开关状态及电流流向如图10所示；

t5-t6时刻，测得器件IGBT1结温已升至Tjmax，器件IGBT2的结温已降至Tjmin，所以下一加热电流导通阶段，器件IGBT1关断处于散热状态，器件IGBT2导通处于加热状态。

t6-t7时刻，加热电流源通电通路导通，测试电流源的供电通路关断，器件IGBT1处于散热状态，器件IGBT2处于加热状态，所以开关Sp1导通，加热电流流经Sp1和IGBT2，开关状态及电流流向如图11所示；

综上所述，特别是通过对比t4-t5和t6-t7工作状态可知，器件IGBT1和IGBT2功率循环各自独立，互不干扰，即使IGBT1的设定结温波动ΔTj1和IGBT2结温波动ΔTj2不一致时，如ΔTj1>ΔTj2,该电路依旧能够完成相应的老化试验。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：包括多个IGBT器件老化工位、用于测试的加热电流源以及用于测量的测试电流源，所述老化工位依次连接形成串联结构，所述加热电流源和测试电流源交替向串联后的老化工位供电。

2.根据权利要求1所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：还包括加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2，所述加热电流源与加热电流控制开关S1串联后与串联后的老化工位电连接，所述测试电流源与测试电流控制开关S2串联后与串联后的老化工位电连接，所述加热电流源和测试电流源通过加热电流控制开关S1和测试电流控制开关S2交替导通进行交替供电。

3.根据权利要求1或2所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：所述IGBT器件老化工位包括待老化的IGBT器件和与IGBT器件对应设置的可控开关SP,所述IGBT器件与可控开关SP形成并联结构。

4.根据权利要求3所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：所述IGBT器件和可控开关SP互补导通。

5.根据权利要求3权利要求所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：还包括A/D转换电路、温度采集电路以及处理器，所述A/D转换电路采集IGBT器件的饱和压降并输入到处理器，所述温度采集电路采集IGBT器件的壳体温度并输入到处理器，所述处理器控制加热电流控制开关S1、测试电流控制开关S2以及可控开关SP导通或者关闭。

6.根据权利要求1所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：所述加热电流源和测试电流源输出波形为脉冲方波。

7.根据权利要求5所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：测试过程中，处理器将测量的温度值与设定的温度值进行比较，并根据如下状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作，所述IGBT器件和可控开关SP的工作状态如下：

a.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值小于设定温度值的上限，则各IGBT器件老化工位的开关状态保持不变；

b.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值大于设定温度值的下限，则各IGBT器件老化工位的开关状态保持不变；

c.若IGBT器件处于加热状态，且测量温度值大于或等于设定温度值的上限，则控制IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通；

d.若IGBT器件处于散热状态，且测量温度值小于或等于设定温度值的下限，则控制IGBT器件导通，与该IGBT器件对应的可控开关SP关断；

其中，测量温度值包括IGBT器件的结温和IGBT器件的壳体温度。

8.根据权利要求7所述多IGBT快速功率循环加速老化装置，其特征在于：测试过程中，处理器将各IGBT器件功率循环计老化次数与设定的功率循环老化次数值进行比较，并根据如下工作状态控制IGBT器件和可控开关SP的工作：

若IGBT器件功率循环老化次数小于设定功率循环老化次数，则各IGBT器件依照a至d的状态继续进行功率循环老化；

若某个IGBT器件功率循环老化次数等于设定功率循环老化次数，则处理器控制达到设定功率循环老化次数的IGBT器件关断，与该IGBT器件对应的可控开关SP导通，从而停止对该IGBT器件的老化。