CN110726921A - 一种igbt模块寿命监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本;对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值;在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据;比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止。采用本发明的IGBT模块寿命监测方法,能够运用简单高效的检测方法,实现对其寿命的监测及寿命终止警示;监测方法通过标定和统计,充分考虑了模块差异性;且该检测方法在低压下检测,并考虑了不同结温的影响,极大提高了寿命监测的安全性和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及IGBT模块领域,尤其涉及一种IGBT模块寿命监测方法。
背景技术
目前,IGBT模块在实际应用中,受各种工况的影响,存在频繁的功率循环。工作过程中,芯片被不断地加热和冷却,导致芯片表面金属覆层结构发生变化,重复性的微变化逐渐累积,导致与芯片连接的绑定线发生断裂、位移或脱落等现象,最终IGBT模块因寿命终止而失效,进而造成非预期的设备停机或引发更大的事故。因此监测IGBT模块的老化情况,并在其寿命终止前发出警示,显得非常重要,也是在该领域中的技术难题。
在现有技术中,对于IGBT的寿命检测一种方法是通过建模计算实现。该方法需要应用条件下功率循坏数据、损耗和结温计算模型及寿命模型,存在数据获取困难、建模要求高和计算复杂等问题。
针对功率循坏导致寿命终止的一个表征参数是IGBT饱和压降Vcesat或二极管正向压降Vf的变化超过允许值,有的方法也会通过直接检测Vcesat或Vf实现寿命检测,但该方法会存在以下问题:例如检测在有高压电时进行,若此时上管IGBT本已存在短路,再开通下管IGBT进行检测,可能导致桥臂直通,造成器件损坏;即使考虑到上述风险,通过缩短开通时间试图规避,仍会造成对检测电路响应时间和精度要求高的问题;另外Vcesat和Vf数值很小,高压情况下检测容易受到干扰。此外,现有方法单纯检测Vcesat或Vf,检测值和固定限制比较,没有考虑到结温对Vcesat或Vf的影响,以及模块之间的差异,会影响寿命警示的准确性。
针对现有技术中所存在的问题,提供一种IGBT模块寿命监测方法具有重要意义。
发明内容
为解决上述问题,本发明提供一种IGBT模块寿命监测方法。
为实现上述目的,本发明的IGBT模块寿命监测方法,所述方法包括以下步骤:对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本;对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值;在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据;比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止;
进一步地,其特征在于,对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本具体为:对所述IGBT模块样本的第一饱和压降Vcesat随第一结温Tj的变化曲线及其二极管的第一正向电压Vf随第一结温Tj的变化曲线进行离线标定,得到所述IGBT模块样本的标定曲线做为所述标定样本;
进一步地,对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值具体为:统计所述标定样本分别在第一结温Tj下第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf的平均值、偏差范围及分布规律,并根据统计结果建立参考曲线及设定预设偏差值;
进一步地,在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据,具体为:在所述IGBT模块运行前,检测所述IGBT模块的第二饱和压降V'cesat、第二正向电压V'f及第二结温T'j,并根据所述第二结温T'j建立检测数据;
进一步地,比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止,具体为:将所述检测数据中第二结温T'j所对应的第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f与所述参考曲线所对应的第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf相比较,并计算出偏差值;判断所述偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止;
进一步地,对所述IGBT模块进行检测,具体为:通过对所述IGBT模块导通微小电流的方法检测;
进一步地,对所述IGBT模块导通微小电流的方法具体为:使所述IGBT模块的IGBT及二极管分别导通;对所述IGBT模块的IGBT及二极管分别通以微小电流;分别测量所述IGBT模块的IGBT及二极管在稳定状态时的第二饱和压降V'cesat、第二正向电压V'f;测量所述IGBT模块的负温度系数NTC温度传感器的采样温度。
本发明一种IGBT模块寿命监测方法,能够运用简单高效的检测方法,实现对其寿命的监测及寿命终止警示;监测方法通过标定和统计,充分考虑了模块差异性;且该检测方法在低压下检测,并考虑了不同结温的影响,极大提高了寿命监测的安全性和准确性。
附图说明
图1为本发明所述IGBT模块寿命监测方法的流程示意图;
图2为本发明所述IGBT模块导通微小电流的方法的流程示意图;
图3为本发明所述方法的检测电路结构示意图;
图4为本发明所述第一实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面,结合附图,对本发明的结构以及工作原理等作进一步的说明。
如图1所示,图1为本发明的所述IGBT模块寿命监测方法的流程示意图;所述IGBT模块寿命监测方法具体包括以下步骤:
S1对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本;在本发明优选的实施例中,所述对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本具体为:对所述IGBT模块样本的第一饱和压降Vcesat随第一结温Tj的变化曲线及其二极管的第一正向电压Vf随第一结温Tj的变化曲线进行离线标定,得到所述IGBT模块样本的标定曲线做为所述标定样本;为充分考虑模块自身差异,取同型号一定数量的IGBT模块样本进行上述离线标定,样本数量的选取应满足置信度的要求;
S2对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值;在本发明优选的实施例中,其具体为统计所述标定样本分别在第一结温Tj下第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf的平均值、偏差范围及分布规律等相关数值,并根据统计结果建立参考曲线及设定预设偏差值;预设偏差值的设定应避免落在统计得出的正常偏差范围内;
S3在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据;其具体为在所述IGBT模块运行前,检测所述IGBT模块的第二饱和压降V'cesat、第二正向电压V'f及第二结温T'j,并根据所述第二结温T'j建立检测数据;在本发明优选的实施例中,可以用于新能源汽车电机控制器,在车辆启动,低压上电后的自检阶段,即对其IGBT模块进行如S3所述的检测,并在检测完成后判断是否允许上高压及运行。
S4比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止。在本发明优选的实施例中,其具体为将所述检测数据中第二结温T'j所对应的第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f与所述参考曲线所对应的第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf相比较,并计算出偏差值;判断所述偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止。
如图2所示,图2为本发明所述IGBT模块导通微小电流的方法的流程示意图,在上述步骤S3在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据,本发明一种优选的实施例为利用导通微小电流的方法检测对所述IGBT模块进行检测,具体包括以下步骤:
S31使所述IGBT模块的IGBT及二极管分别导通;
S32对所述IGBT模块的IGBT及二极管分别通以微小电流;
S33分别测量所述IGBT模块的IGBT及二极管在稳定状态时的第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f;
S34测量所述IGBT模块的负温度系数NTC温度传感器的采样温度,由于此时IGBT或二极管仅通以微小电流,其损耗尚不足以使IGBT或二极管在检测期间大量发热,第二结温T'j可以近似认为和S34所述测量温度一致。
如图3所示,图3为本发明所述方法的检测电路结构示意图;具体为在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测的检测电路,所述检测电路具体包括:IGBT功率模块1、第一检测电流源31、第二检测电流源32、第一隔离电路21、第二隔离电路22、第一检测电路41、第二检测电路42、负温度系数NTC温度传感器检测电路5和控制器6。所述第一检测电流源31位于所述IGBT功率模块1的上桥臂,所述第二检测电流源32位于所述IGBT功率模块1的下桥臂,所述第一隔离电路21及第二隔离电路22分别用于将所述第一检测电流源31、所述第二检测电流源32、所述第一检测电路41、第二检测电路42与所述IGBT功率模块1相隔离,从而避免高电压窜入检测电路;所述第一检测电路41及第二检测电路42具体用于对第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f的检测,检测值通过模拟量/数字量转换,送入所述控制器6;所述负温度系数NTC温度传感器检测电路5用于实现对所述IGBT功率模块1中内置的负温度系数NTC温度传感器的检测,该检测在导通微小电流的条件下进行,在检测时间内其不足以引起功率模块的自发热,因而近似认为此工况下,结温Tj=Tntc,检测值通过模拟量/数字量转换,并送入所述控制器6。
如图4所示,图4为本发明所述第一实施例的结构示意图。在本发明的第一实施例中,所述IGBT模块寿命监测方法中,对于所述IGBT模块进行检测的具体电路包括:微小电流源模块、隔离电路、电压跟随器、同相放大及差分电路。当所述IGBT模块关断时,由两个型号参数一致的第一二极管D1及第二二极管D2构成的隔离电路,将检测电路和功率电路隔离。当所述IGBT模块导通时,所述第一二极管D1及所述第二二极管D2正向导通,恒定小电流流经过所述第一二极管D1、所述第二二极管D2及所述IGBT模块;Vb=Vcesat+V_D1,其中V_D1为所述第一二极管D1的正向压降,Va=Vcesat+2V_D1,因为所述第一二极管D1和所述第二二极管D2的型号参数一致,所以认定其正向压降一致;由第一运算放大器A1和第二运算放大器A2构成的两个电压跟随器,使Va1=Va,Vb1=Vb,所述第一运算放大器A1和第二运算放大器A2用于增大输入阻抗,减小输出阻抗,实现电路缓冲;由第三运算放大器A3和第一电阻R1、第二电阻R2构成的同相放大电路,取R1=R2时Vb2=2Vb1;由第四运算放大器A4和第三电阻R3、第四电阻R4,第五电阻R5,第六电阻R6构成的差分电路,取R3=R4,R5=R6时,Vout=Vb2-Va1=Vcesat。同理,当所述功率模块中的二极管导通时,此电路检测的则是Vf。
此外,在本发明的另一种实施例中,所述对于IGBT模块的样本的检测可以只对该功率模块的1个IGBT或二极管进行,而不是对所述功率模块的各个IGBT和二极管进行;在测量精度无较高要求的前提下,为简化标定,省略多个样本标定及统计分析步骤;检测电路具体实施例中取消电压跟随器或在最后一级运放的输出信号后增加光耦隔离后通过模拟量/数字量转换,送入控制器。
以上,仅为本发明的示意性描述,本领域技术人员应该知道,在不偏离本发明的工作原理的基础上,可以对本发明作出多种改进,这均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本;
对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值;
在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据;
比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止。
2.如权利要求1所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,对IGBT模块的样本进行离线标定,得到标定样本具体为:
对所述IGBT模块样本的第一饱和压降Vcesat随第一结温Tj的变化曲线及其二极管的第一正向电压Vf随第一结温Tj的变化曲线进行离线标定,得到所述IGBT模块样本的标定曲线做为所述标定样本。
3.如权利要求1所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,对所述标定样本进行数据分析,得到参考数据并确定预设偏差值具体为:统计所述标定样本分别在第一结温Tj下第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf的平均值、偏差范围及分布规律,并根据统计结果建立参考曲线及设定预设偏差值。
4.如权利要求3所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,在所述IGBT模块运行前,对所述IGBT模块进行检测,并得到检测数据具体为:在所述IGBT模块运行前,检测所述IGBT模块的第二饱和压降V'cesat、第二正向电压V'f及第二结温T'j,并根据所述第二结温T'j建立检测数据。
5.如权利要求4所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,比较所述检测数据与所述参考数据,并判断所述检测数据和所述参考数据的偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止具体为:将所述检测数据中第二结温T'j所对应的第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f与所述参考曲线所对应的第一饱和压降Vcesat及第一正向电压Vf相比较,并计算出偏差值;判断所述偏差值是否大于所述预设偏差值,若是,则判断所述IGBT模块的寿命即将终止。
6.如权利要求4所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,对所述IGBT模块进行检测具体为通过对所述IGBT模块导通微小电流的方法检测。
7.如权利要求6所述的一种IGBT模块寿命监测方法,其特征在于,对所述IGBT模块导通微小电流的方法具体为:
使所述IGBT模块的IGBT及二极管分别导通;
对所述IGBT模块的IGBT及二极管分别通以微小电流;
分别测量所述IGBT模块的IGBT及二极管在稳定状态时的第二饱和压降V'cesat及第二正向电压V'f;
测量所述IGBT模块的负温度系数NTC温度传感器的采样温度。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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