CN106249069A - Igbt模块在线监测方法 - Google Patents

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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/003—Environmental or reliability tests

Abstract

本发明提供的一种IGBT模块在线监测方法，包括待测IGBT模块和至少一个测试IGBT模块；所述待测IGBT模块和测试IGBT模块组成桥式电路，并根据如下方法测试待测IGBT模块的老化状态：向待测IGBT模块输入短路驱动电压并控制待测IGBT模块工作在电流饱和状态，且向测试IGBT模块输入工作驱动电压使测试IGBT模块正常工作；侦测待测IGBT模块的在电流饱和状态下的短路电流值，根据短路电流值判断待测IGBT模块的老化状态；能够在不停机、不拆卸的情况下对IGBT模块的老化状态进行准确监测，从而准确判断IGBT模块的老化状态，有效避免停机检测造成的经济损失以及拆卸IGBT模块造成损坏而影响测量精度。

Description

IGBT模块在线监测方法
技术领域
本发明涉及一种电力设备检测方法，尤其涉及一种IGBT模块在线监测方法。
背景技术
随着全球能源危机以及日益严重的环境问题，推动新能源技术的发展，近年来，电力电子装置在新能源应用中发挥越来越重要的作用，特别是在风电、太阳能发电、电动汽车、电子照明等现代工业中的广泛应用，使得人们对电力电子系统的可靠性研究也越来越重视。
在电力电子装置中，IGBT模块是功率变流器的关键器件之一，在工业应用中超过20％的变流器故障是由IGBT模块老化引起的，严重影响了电力电子系统的可靠性，功率变流器中的IGBT模块随着投入使用时间的增长，其健康水平越来越低。
IGBT模块的健康水平与自身的寄生参数相关，因此可以通过监测IGBT模块的寄生参数的变化来判断器件的老化状态，从而可以制定合理的变流器维护计划，然而现有技术对IGBT模块的状态监测方法较为复杂，成本较高，并且需要停机或者拆卸IGBT模块；停机检修会造成巨大的经济损失，拆卸工作也会对IGBT模块造成一定的伤害，从而影响监测精度。
为了解决上述技术问题，需要提出一种新的IGBT模块的在线监测方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种IGBT模块在线监测方法，能够在不停机、不拆卸的情况下对IGBT模块的老化状态进行准确监测，从而准确判断IGBT模块的老化状态，有效避免停机检测造成的经济损失以及拆卸IGBT模块造成损坏而影响测量精度，降低变流器等含有IGBT模块设备的运行维护成本，提高设备的可靠性。
本发明提供的一种IGBT模块在线监测方法，包括待测IGBT模块和至少一个测试IGBT模块；所述待测IGBT模块和测试IGBT模块组成桥式电路，并根据如下方法测试待测IGBT模块的老化状态：
向待测IGBT模块输入短路驱动电压VGT并控制待测IGBT模块工作在电流饱和状态，且向测试IGBT模块输入工作驱动电压VH使测试IGBT模块正常工作；
侦测待测IGBT模块的在电流饱和状态下的短路电流值，根据短路电流值判断待测IGBT模块的老化状态。
进一步，还包括控制器和IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路的个数与IGBT的个数相等；其中，IGBT驱动电路具有两个信号输入端口和一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与IGBT驱动电路的两个输入端口连接，IGBT驱动电路的输出端口向各IGBT模块输出驱动信号。
进一步，在待测IGBT模块关断时，且在待测IGBT模块所在桥臂的测试IGBT导通时，控制器输出短路测试信号TS到待测IGBT模块所对应的驱动电路，控制待测IGBT模块的回路短路。
进一步，短路测试信号持续时间为2-10μs。
进一步，控制器向IGBT驱动电路输入工作信号CS时，IGBT驱动电路输出正常驱动电压VH控制IGBT模块正常导通；
控制器向IGBT驱动电路输入短路测试信号TS时，IGBT驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制待测IGBT模块短路；
当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，IGBT驱动电路输出负电压VL使IGBT正常关断。
进一步，所述短路驱动电压幅值VGT根据待测IGBT模块的传输特性曲线确定，具体如下：
测试待测IGBT模块在不同结温状态下的传输特性曲线，找到待测IGBT模块短路电流不受结温影响时所对应的门极驱动电压，选取该门极驱动电压或大于该门极驱动电压并小于IGBT模块正常工作时的门极驱动电压的电压值为短路驱动电压VGT。
进一步，所述方法应用于变流器或者包括IGBT模块的设备中。
本发明的有益效果：本发明的IGBT模块在线监测方法，能够在不停机、不拆卸的情况下对IGBT模块的老化状态进行准确监测，从而准确判断IGBT模块的老化状态，有效避免停机检测造成的经济损失以及拆卸IGBT模块造成损坏而影响测量精度，降低变流器等含有IGBT模块设备的运行维护成本，提高设备的可靠性。
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为本发明的测试结构示意图。
图2为本发明的IGBT驱动电压示意图。
图3为IGBT的传输特性曲线示意图。
具体实施方式
图1为本发明的测试结构示意图，图2为本发明的IGBT驱动电压示意图，图3为IGBT的传输特性曲线示意图。如图所示，本发明提供的一种IGBT模块在线监测方法，包括待测IGBT模块和至少一个测试IGBT模块；所述待测IGBT模块和测试IGBT模块组成桥式电路，并根据如下方法测试待测IGBT模块的老化状态：
向待测IGBT模块输入短路驱动电压VGT并控制待测IGBT模块工作在电流饱和状态，且向测试IGBT模块输入工作驱动电压VH使测试IGBT模块正常工作；
侦测待测IGBT模块的在电流饱和状态下的短路电流值，根据短路电流值判断待测IGBT模块的老化状态，当侦测到的待测IGBT模块短路电流值比待测IGBT模块全新状态时短路电流值小，说明待测IGBT模块发生老化，比如通过老化程度-短路电流值对照表来判断IGBT模块的老化状态，从而准确确定IGBT模块的老化程度，当短路电流减小量超过设定值时，用新的IGBT模块替换变流器中已经老化的待测IGBT模块。通过上述方法，能够在不停机、不拆卸的情况下对IGBT模块的老化状态进行准确监测，从而准确判断IGBT模块的老化状态，有效避免停机检测造成的经济损失以及拆卸IGBT模块造成损坏而影响测量精度，降低变流器等含有IGBT模块设备的运行维护成本，提高设备的可靠性。当然，也可以在停机或者设备启动过程中进行IGBT模块的老化状态监测，适应性强。
本实施例中，还包括控制器和IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路的个数与IGBT的个数相等；其中，IGBT驱动电路具有两个信号输入端口和一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与IGBT驱动电路的两个输入端口连接，IGBT驱动电路的输出端口向各IGBT模块输出驱动信号，如图1所示，TS为IGBT驱动电路的短路信号端口，CS为IGBT驱动电路的工作信号端口，VO为输出端口，当控制器输出工作信号CS时，IGBT驱动电路输出为约+15V的驱动电压VH，控制IGBT工作在正常导通状态，控制器向IGBT驱动电路输入短路测试信号TS时，IGBT驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制待测IGBT模块短路；当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，IGBT驱动电路输出负电压VL使IGBT正常关断，通过上述方式，能够保证对待测IGBT模块测试的准确性，而且提高测试效率，以图1中的实施例为例，图1中，四个IGBT模块组成桥式电路，Q1为待测IGBT模块，Q2为测试IGBT模块，其中,Q1和Q2在同一桥壁，Q3和Q4在同一桥壁；S1为待测IGBT模块Q1的驱动电路，S2、S3、S4分别为IGBT模块Q2、Q3以及Q4的驱动电路，待测IGBT模块与测试IGBT模块的驱动电压如图2所示,在t0时刻对待测IGBT模块Q1进行在线状态监测。
本实施例中，在待测IGBT模块关断时，且在待测IGBT模块所在桥臂的测试IGBT导通时，控制器输出短路测试信号到待测IGBT所对应的驱动电路，控制待测IGBT模块的回路短路，通过这种方式，能够确保对IGBT模块测试的准确性。
本实施例中，短路测试信号持续时间为2-10μs，通过这种方式，既能够保证准确采集到IGBT模块的短路电流，又能够保证IGBT模块不会因短路测试而损坏，并且不会影响到功率变流器的正常工作。
本实施例中，所述短路驱动电压VGT的幅值根据待测IGBT模块的传输特性曲线确定，具体如下：
测试待测IGBT模块在不同结温状态下的传输特性曲线，找到待测IGBT模块短路电流不受结温影响时所对应的门极驱动电压，选取该门极驱动电压或大于该门极驱动电压并小于IGBT模块正常工作时的门极驱动电压的电压值为短路驱动电压VGT，待测IGBT模块的传输特性曲线如图3所示，不同结温条件下的传输特性曲线存在一个交叉点，在选取这个交叉点所对应的门极驱动电压时IGBT的短路电流不受芯片结温的影响，因此，选取该点对应的电压值为短路驱动电压VGT或者大于该点对应的电压值的电压作为短路驱动电压VGT，但是，选取大于该交叉点对应的电压值的电压时，应当小于IGBT模块正常工作室的门极驱动电压，通过这种方式，能够确保最终测试结果的准确性，而且能够对被短路的开关管形成有效的保护。
本实施例中，所述方法应用于变流器或者包括IGBT模块的设备中。
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 (7)

1.一种IGBT模块在线监测方法，其特征在于：包括待测IGBT模块和至少一个测试IGBT模块；所述待测IGBT模块和测试IGBT模块组成桥式电路，并根据如下方法测试待测IGBT模块的老化状态：
向待测IGBT模块输入短路驱动电压VGT并控制待测IGBT模块工作在电流饱和状态，且向测试IGBT模块输入工作驱动电压VH使测试IGBT模块正常工作；
侦测待测IGBT模块的在电流饱和状态下的短路电流值，根据短路电流值判断待测IGBT模块的老化状态。
2.根据权利要求1所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：还包括控制器和IGBT驱动电路，所述IGBT驱动电路的个数与IGBT的个数相等；其中，IGBT驱动电路具有两个信号输入端口和一个输出端口，两个信号输入端口包括工作信号端口和短路信号端口，所述控制器与IGBT驱动电路的两个输入端口连接，IGBT驱动电路的输出端口向各IGBT模块输出驱动信号。
3.根据权利要求2所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：在待测IGBT模块关断时，且在待测IGBT模块所在桥臂的测试IGBT导通时，控制器输出短路测试信号TS到待测IGBT模块所对应的驱动电路，控制待测IGBT模块的回路短路。
4.根据权利要求1所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：短路测试信号持续时间为2-10μs。
5.根据权利要求2所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：控制器向IGBT驱动电路输入工作信号CS时，IGBT驱动电路输出正常驱动电压VH控制IGBT模块正常导通；
控制器向IGBT驱动电路输入短路测试信号TS时，IGBT驱动电路输出可调且低于正常驱动电压VH的短路驱动电压VGT控制待测IGBT模块短路；
当无工作信号CS且无短路测试信号TS输入时，IGBT驱动电路输出负电压VL使IGBT正常关断。
6.根据权利要求5所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：所述短路驱动电压VGT幅值根据待测IGBT模块的传输特性曲线确定，具体如下：
测试待测IGBT模块在不同结温状态下的传输特性曲线，找到待测IGBT模块短路电流不受结温影响时所对应的门极驱动电压，选取该门极驱动电压或大于该门极驱动电压并小于IGBT模块正常工作时的门极驱动电压的电压值为短路驱动电压VGT。
7.根据权利要求1-6任一权利要求所述IGBT模块在线监测方法，其特征在于：所述方法应用于变流器或者包括IGBT模块的设备中。
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