CN110517995B - 一种适用于压接式igbt的控温装置及方法 - Google Patents

一种适用于压接式igbt的控温装置及方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种适用于压接式IGBT的控温装置及方法，其装置包括：压接支架、加热装置、换热器、循环泵、测温仪、控制器和IGBT；换热器中的第一换热器和第二换热器与循环泵依次串联构成循环回路；第一换热器和第二换热器分别与IGBT的上下两面紧贴；加热装置包括第一加热装置和第二加热装置；第一加热装置紧贴第一换热器的上表面；第二加热装置紧贴第二换热器的下表面；加热装置、换热器和IGBT均压在压接支架内部；测温仪正对IGBT；加热装置、循环泵、测温仪均与控制器通信连接。上述装置通过加热装置加温和循环泵降温可以使得IGBT能够保持一个相对稳定的温度，解决了传统的控温装置难以维持稳定的测试温度导致测量结果不准确的技术问题，提高了测量的准确性。

Description

一种适用于压接式IGBT的控温装置及方法
技术领域
本申请涉及IGBT测试技术领域，尤其涉及一种适用于压接式IGBT的控温装置及方法。
背景技术
电力电子领域中，IGBT目前正被广泛地应用于电机变频器、风力发电变流器、光伏发电逆变器、工业驱动、清洁能源等诸多领域。相较于传统的引线键合和焊接式IGBT模块，压接式IGBT模块具有双面散热降低了热阻、更宽广的安全工作区(SOA)、更高的工作结温、通过压力连接去除了易失效点，提高可靠性等优势，在柔性直流输电换流阀中的器直接串联、苛刻应用环境和高可靠性要求的应用领域中具有非常显著的竞争优势。压接式IGBT的电气特性、寿命等的主要影响因素是自身工作温度，因此研究不同温度下压接式IGBT的电气特性十分必要。
现有压接式IGBT双脉冲测试过程采用单独加热板的方式来控制压接式IGBT的工作温度，但是受到加热板自身的特性影响，加热、散热的效率低，且只能模拟升温过程，升温速率可调范围小，难以维持稳定的测试温度进而会影响测量结果的准确性和可信度。
发明内容
本申请的目的在于提供一种适用于压接式IGBT的控温装置及方法，解决传统的控温装置难以维持稳定的测试温度导致测量结果不准确的问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种适用于压接式IGBT的控温装置，包括压接支架、加热装置、换热器、循环泵、测温仪、控制器和IGBT；
所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器和所述第二换热器分别与所述IGBT的上下两面紧贴；
所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置；
所述第一加热装置紧贴所述第一换热器的上表面；
所述第二加热装置紧贴所述第二换热器的下表面；
所述加热装置、所述换热器和所述IGBT均压在所述压接支架内部；
所述测温仪的测温头正对所述IGBT；
所述加热装置、所述循环泵、所述测温仪均与所述控制器通信连接。
可选地，具体适用于双脉冲测试的压接式IGBT；
所述IGBT包括第一IGBT和第二IGBT；
所述换热器还包括第三换热器，所述所述第一换热器、第三换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器、所述第一IGBT、所述第三换热器、所述第二IGBT、所述第二换热器自上而下依次紧贴；
所述测温仪具体包括第一测温仪和第二测温仪；
所述第一测温仪对准第一IGBT，所述第二测温仪对准第二IGBT。
可选地，还包括第四换热器；
所述第一换热器、第三换热器、第四换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器、所述第一IGBT、所述第三换热器、所述第四换热器、所述第二IGBT、所述第二换热器自上而下依次紧贴。
可选地，还包括绝缘板；
所述绝缘板设置于所述加热装置与所述压接支架之间。
可选地，还包括隔热板；
所述隔热板设置于所述加热装置与所述压接支架之间。
可选地，所述压接支架具体包括上压板、下压板、螺栓杆和螺母；
所述上压板和所述下压板上开设有对称的通孔；
所述螺栓杆垂直设置，两端分别穿过所述上压板和所述下压板与所述螺母连接。
可选地，所述加热装置具体包括支撑块和加热环；所述支撑块外部缠有所述加热环。
可选地，所述支撑块的材质为铜。
可选地，所述加热装置具体为加热板。
本申请第二方面提供了一种适用于压接式IGBT的控温方法，应用于上述第一方面所述的适用于压接式IGBT的控温装置，由控制器执行；
所述方法包括：
接收预设温度和测温仪发送的实时温度；
将实时温度与预设温度进行对比；
若实时温度低于预设温度，则控制加热装置进行加热；
若实时温度不低于预设温度，则关闭加热装置并开启控制循环泵进行循环。
与现有技术相比，本申请实施例的优点在于：
本申请实施例中，提供了一种适用于压接式IGBT的控温装置及方法，其中装置包括：压接支架、加热装置、换热器、循环泵、测温仪、控制器和IGBT；换热器包括第一换热器和第二换热，第一换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；第一换热器和第二换热器分别与IGBT的上下两面紧贴；加热装置包括第一加热装置和第二加热装置；第一加热装置紧贴第一换热器的上表面；第二加热装置紧贴第二换热器的下表面；加热装置、换热器和IGBT均压在压接支架内部；测温仪的测温头正对IGBT；加热装置、循环泵、测温仪均与控制器通信连接。上述装置能够根据IGBT的温度监测结果调节循环泵和加热装置的工作状态，使得IGBT能够保持一个相对稳定的温度，解决了传统的控温装置难以维持稳定的测试温度导致测量结果不准确等技术问题，实现了在不同测试温度下IGBT工作特性的测量，并且在保证很好的保持测试温度条件基础上提高了测量结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本申请的一些实施方式，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为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置的结构示意图；
图2为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置的俯视图；
图3为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置的控温流程图；
图4为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温方法的方法流程图。
附图标记：上压板1、第一绝缘板2第一隔热板3第一支撑块4一加热环5第一换热器6、第一IGBT 7、第三换热器8、第四换热器9、第二IGBT 10、第二换热器11第二加热环12第二支撑块13第二隔热板14第二绝缘板15下压板16、螺栓杆17和螺母18第一换热器的进液口19、第一液体换热器的出液口20、第三换热器的进液口21、第三换热器的出液口22、第四换热器的进液口23、第四换热器的出液口24、第二换热器的进液口25、第二换热器的出液口26、第一测温仪27、第二测温仪28、循环泵29、控制器30。
具体实施方式
下面将结合附图对本申请的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
本申请第一方面设计了一种适用于压接式IGBT的控温装置。
请参阅图1，图1为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置的结构示意图，包括：压接支架、加热装置、换热器、循环泵29、测温仪28、控制器30和IGBT。
换热器包括第一换热器6和第二换热器11，第一换热器6、第二换热器11和循环泵29依次串联构成循环回路。需要说明的是，换热器内部有流体介质，循环泵29工作使得内部的流体介质流动，第一换热器6和第二换热器11连接可以使得两者保持一个相对均衡的温度。
第一换热器6和第二换热器11分别与IGBT的上下两面紧贴，保证了IGBT的上下两面受热均匀。
加热装置包括第一加热装置和第二加热装置。加热装置用于对IGBT进行加热，以研究不同温度下压接式IGBT的电气特性。
第一加热装置紧贴第一换热器6的上表面，第二加热装置紧贴第二换热器11的下表面。即加热装置隔着换热器对IGBT进行加热，由于第一换热器和第二换热器的内部连通，能够将加热装置的热量对IGBT进行一个相对均衡的传递。
加热装置、换热器和IGBT均压在压接支架内部。可以理解的是，压接支架为压接式IGBT不可缺少的装置，由于加热装置需要紧贴换热器避免热量浪费、换热器需紧贴IGBT进行更好的传热，因此要将加热装置、换热器和IGBT均压在压接支架的内部，使其紧密接触，即自上而下分别为第一加热装置、第一换热器6、IGBT、第二换热器11、第二加热装置。
测温仪的测温头正对IGBT，用于对IGBT的热量进行监测，具体可以为红外测温仪。
加热装置、循环泵29、测温仪均与控制器30通信连接，控制器30用于根据预设温度和测温仪发送的温度信息控制加热装置和循环泵29的工作状态。当需要对IGBT进行检测时，设定预设的温度后，加热装置开始加热，循环泵既可以进行循环，也可以不进行循环；当测温仪检测到IGBT已经达到设定的温度时，则可以开始对IGBT的电气参数的测定；若检测到IGBT的温度超过设定值时，则关闭加热装置，只有循环泵工作达到降温的目的，以避免对IGBT模块造成损坏，进行外循环降温；若检测到IGBT的温度下降，则重新开启加热装置。
本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置通过采用测温仪对IGBT的温度进行监测，同时根据监测结果调节循环泵和加热装置的工作状态，使得IGBT能够保持一个相对稳定的温度，解决了传统的控温装置难以维持稳定的测试温度导致测量结果不准确的技术问题，实现了在不同测试温度下IGBT工作特性的测量，并且在保证很好的保持测试温度条件基础上提高了测量结果的准确性，具有广泛的应用前景。
进一步的，循环泵29还可以采用具备加温功能的加热循环泵，当对IGBT进行加温时，加热循环泵的加温功能开启，能更快的达到预设温度。具体的工作情况可以为以下几种：
第一加热装置和第二加热装置工作、加热循环泵不工作；
第一加热装置和第二加热装置工作、加热循环泵加热并循环换热介质；
第一加热装置和第二加热装置不工作、加热循环泵加热并循环换热介质；
第一加热装置和第二加热装置不工作、加热循环泵不加热换热介质，仅进行换热介质的循环；
第一加热装置工作，第二加热装置不工作、加热循环泵不工作；
第一加热装置不工作，第二加热装置工作、加热循环泵不工作；
第一加热装置工作，第二加热装置不工作、加热循环泵加热并循环换热介质；
第一加热装置不工作，第二加热装置工作、加热循环泵加热并循环换热介质；
第一加热装置工作，第二加热装置不工作、加热循环泵不加热换热介质，仅进行换热介质的循环；
第一加热装置不工作，第二加热装置工作、加热循环泵不加热换热介质，仅进行换热介质的循环；
此外，可以通过外部直接添加不同温度的循环流体进入到换热器内，以实现换热器的升温和降温功能。优选的，换热器内的流体介质采用绝缘油，以绝缘油为循环流体在保证温度不会产生突变的基础上又降低了导电的可能性。
本申请实施例所提供的控温装置还可以适用于双脉冲测试的压接式IGBT，具体如下：
IGBT的数量为两个，分别为第一IGBT 7和第二IGBT 10，换热器还包括第三换热器8；第一换热器6、第三换热器8、第二换热器11和循环泵29依次串联构成循环回路。第一换热器6、第一IGBT 7、第三换热器8、第二IGBT 10、第二换热器11自上而下依次紧贴。与此同时，测温仪具体包括第一测温仪27和第二测温仪28，第一测温仪27对准第一IGBT 7，第二测温仪28对准第二IGBT 10。同理，当一个压接支架中装有更多的需要同时进行测试的IGBT时，依据此规律可以继续增加IGBT的数量。
优选的，为了进一步的增加换热效率，还可以设置第四换热器9。第四换热器9设置于第三换热器8和第二IGBT 10之间，即：第一换热器6、第三换热器8、第四换热器9、第二换热器11和循环泵29依次串联构成循环回路。第一液体换热器6的右上方为进液口19，右下方为出液口20；第三液体换热器8的右上方为进液口21，右下方为出液口22；第四液体换热器9的右上方为进液口23，右下方为出液口24；第二液体换热器11的右上方为进液口25，右下方为出液口26；四个液体换热器串行连接，其中第一液体换热器进液口19和第二液体换热器出液口26与循环泵29相连接，组成循环换热系统，以实现液体换热器中换热介质的循环及热传递。第一换热器6、第一IGBT 7、第三换热器8、第四换热器9、第二IGBT 10、第二换热器11自上而下依次紧贴。
为了保证整体装置的牢固性，压接支架通常采用刚度较强的金属材质制成，可能会存在压接支架与IGBT之间电导通，造成短路或其他电路连接问题产生，因此可以在加热装置和压接支架之间设置绝缘板。具体为第一绝缘板2设置于第一加热装置上方，第二绝缘板15设置于第二加热装置下方。
为了避免加热装置的热量传递到压接支架上，当用户使用时触碰发生伤害，还可以在加热装置和压接支架之间设置隔热板。当设置有绝缘板的情况下，隔热板具体设置于绝缘板和加热装置之间，即第一隔热板3设置于第一绝缘板2与第一加热装置之间，第二隔热板14设置于第二绝缘板15和第二加热装置之间。
压接支架具体可以包括上压板1、下压板16、螺栓杆17和螺母18。上压板1和下压板16上开设有对称的通孔；螺栓杆17垂直设置，两端分别穿过上压板1和下压板16与螺母18连接。可以理解的是，为了保证整个装置的稳定性，螺栓杆17的数量至少为2个，分别设置于上下压板的左右两端。请参阅图2，优选的，螺栓杆17的数量为4个，分别固定上下压板的4个角，以提供更好的支撑力，四根螺栓杆17及螺母18连接上压板1和下压板16，以将压力保持在压接式IGBT的需要范围之内。
加热装置具体可以由支撑块和加热环组成，加热环缠绕在支撑块的外部。具体的位于上下两处的加热装置分别为第一支撑块4和第一加热环5、第二支撑块13和第二加热环12。加热环的热量传递到支撑块中，再由支撑块传递给换热器，因此支撑块需要由易导热的材质制成，例如铜、铝等。另外，加热装置还可以是加热板。
以下为本申请实施例所提供的适用于压接式IGBT的控温装置的控温流程，请参阅图3：
步骤1，首先进行测量参数的设定：在控制器CPU上设定IGBT的测试温度T0，根据加热情况的不同选用给出不同强度的信号，从而控制加热循环泵内所加的换热介质的温度和流速以及加热环的电压和电流的大小，即通过不同的加热方式进行加热(其中热换热介质和加热环共同加热时加热温度最快，单一的热换热介质加热时加热速度次之，单纯的加热环加热时加热速度最慢)；
步骤2，温度检测和加热速度调节：红外测温仪实时监测IGBT的温度T，当监测到的温度T与设定温度T0相差不大时，控制器CPU便给出调整信号，进行加热速度的调节(其中当T>T0时，不再进行加热，用加热循环泵的外循环进行降温，直到温度降为设定温度T0；当T＝T0时，加热环不再工作，靠液体换热器内的换热介质的温度维持设定温度T0；当T<<T0时，加热速度加快，当T<T0但相差不大时，加热环的加热速度降低)；
步骤3，对特定温度T0下的双脉冲测试的压接式IGBT的电气特性进行测定。
请参阅图4，本申请第二方面提供了一种适用于压接式IGBT的控温方法，包括以下步骤：
S1：接收预设温度和测温仪发送的实时温度；
S2：将实时温度与预设温度进行对比；
S3：若实时温度低于预设温度，则控制加热装置进行加热；
S4：若实时温度不低于预设温度，则关闭加热装置并控制循环泵进行循环。
需要说明的是，循环泵的作用不仅可以降温，还可以便于加热装置的热量进行均匀的传递。因此，即使实时温度低于预设温度，循环泵既可以工作，也可以不工作。
一段时间后，实时温度的变化趋近于平稳，此时IGBT已经处于预设温度下，可以开始对IGBT电气参数进行测试。
综上所述，本申请所提供的适用于压接式IGBT的控温装置，克服了传统测试方法测量温度范围窄、不能维持一个相对稳定的测试温度和测量结果不准确等技术问题，实现了在不同测试温度下IGBT工作特性的测量，并且在保证很好的保持测试温度条件基础上提高了测量结果的准确性，具有广泛的应用前景。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，包括压接支架、加热装置、换热器、循环泵、测温仪、控制器和IGBT；
所述换热器包括第一换热器和第二换热器，所述第一换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器和所述第二换热器分别与所述IGBT的上下两面紧贴；
所述加热装置包括第一加热装置和第二加热装置；
所述第一加热装置紧贴所述第一换热器的上表面；
所述第二加热装置紧贴所述第二换热器的下表面；
所述加热装置、所述换热器和所述IGBT均压在所述压接支架内部；
所述测温仪的测温头正对所述IGBT；
所述加热装置、所述循环泵、所述测温仪均与所述控制器通信连接。
2.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，具体适用于双脉冲测试的压接式IGBT；
所述IGBT包括第一IGBT和第二IGBT；
所述换热器还包括第三换热器，所述第一换热器、第三换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器、所述第一IGBT、所述第三换热器、所述第二IGBT、所述第二换热器自上而下依次紧贴；
所述测温仪具体包括第一测温仪和第二测温仪；
所述第一测温仪对准第一IGBT，所述第二测温仪对准第二IGBT。
3.根据权利要求2所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，还包括第四换热器；
所述第一换热器、第三换热器、第四换热器、第二换热器和循环泵依次串联构成循环回路；
所述第一换热器、所述第一IGBT、所述第三换热器、所述第四换热器、所述第二IGBT、所述第二换热器自上而下依次紧贴。
4.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，还包括绝缘板；
所述绝缘板设置于所述加热装置与所述压接支架之间。
5.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，还包括隔热板；
所述隔热板设置于所述加热装置与所述压接支架之间。
6.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，所述压接支架具体包括上压板、下压板、螺栓杆和螺母；
所述上压板和所述下压板上开设有对称的通孔；
所述螺栓杆垂直设置，两端分别穿过所述上压板和所述下压板与所述螺母连接。
7.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，所述加热装置具体包括支撑块和加热环；所述支撑块外部缠有所述加热环。
8.根据权利要求7所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，所述支撑块的材质为铜。
9.根据权利要求1所述的适用于压接式IGBT的控温装置，其特征在于，所述测温仪具体为红外测温仪。
10.一种适用于压接式IGBT的控温方法，其特征在于，应用于权利要求1至9任一项所述的适用于压接式IGBT的控温装置，由控制器执行；
所述方法包括：
接收预设温度和测温仪发送的实时温度；
将所述实时温度与所述预设温度进行对比；
若所述实时温度低于所述预设温度，则控制加热装置进行加热；
若所述实时温度不低于所述预设温度，则关闭所述加热装置并控制循环泵进行循环。
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