CN207528868U - 一种igbt寿命监测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种IGBT寿命监测系统，包括至少一路IGBT寿命监测电路；所述IGBT寿命监测电路包括待测IGBT；正极与电源模块连接，负极与待测IGBT集电极连接的第一二极管；正极与待测IGBT发射极连接，负极与待测IGBT集电极连接的第二二极管；一端与待测IGBT的发射极连接，另一端接地的第一电阻；采集待测IGBT发射极电压的电压采集模块。本实用新型通过第一二极管隔离待测IGBT关断时的电压，实现电压采集模块只采集待测IGBT集电极与发射极之间的导通电压，不会采集待测IGBT关断时的集电极与发射极之间的电压，提高了电压采集模块的采集精度。
Description
技术领域
本实用新型涉及电子电路技术领域，尤其涉及一种IGBT寿命监测系统。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)是能源交换与传输的核心器件，广泛应用在轨道交通、智能电网、航空航天、电动汽车以及新能源装备等领域。为了防止IGBT的不正常运行导致设备故障，需要提出一种方案实时监测IGBT的运行情况，进而及时更换有质量问题的IGBT。
公布号为CN106168674A的发明专利公开了一种IGBT老化状态检测系统，包括测试电源、测试IGBT、可输出连续变化电流的可变驱动电路、导通驱动电路、采集单元以及上位主机；所述测试IGBT的发射极与待测IGBT的集电极连接，测试IGBT的集电极与测试电源的正极连接，测试电源的负极待测IGBT的发射极连接，所述可变驱动电路的输出端与测试IGBT的栅极连接，导通驱动电路的输出端与待测IGBT的栅极连接，所述采集单元采集待测IGBT的集电极与发射极之间的压降Vce以及集电极电流Ic并输出到上位主机。
以上专利虽然能够检测待测IGBT的导通压降Vce以及集电极电流Ic，但是过程及电路结构复杂。
实用新型内容
本实用新型旨在提供一种IGBT寿命监测系统，通过结构简单的电路实时监测待测IGBT的集电极与发射极之间的导通压降以及集电极电流。
为了实现上述目的，本实用新型采取了如下的技术方案：
一种IGBT寿命监测系统，包括至少一路IGBT寿命监测电路；所述IGBT寿命监测电路包括待测IGBT；正极与电源模块连接，负极与待测IGBT集电极连接的第一二极管；正极与待测IGBT发射极连接，负极与待测IGBT集电极连接的第二二极管；一端与待测IGBT的发射极连接，另一端接地的第一电阻；采集待测IGBT发射极电压的电压采集模块。
进一步地，所述IGBT寿命监测电路中的第一电阻与电压采集模块、电源模块共地。
进一步地，所述IGBT寿命监测系统包括N路IGBT寿命监测电路，N是大于等于2的整数；所述N路IGBT寿命监测电路串联连接。
进一步地，所述各路IGBT寿命监测电路的电源模块输出的电源为隔离电源。
进一步地，所述IGBT寿命监测电路还包括一端与电源模块连接的第二电阻；一端与第二电阻连接，另一端与待测IGBT发射极连接的热敏电阻；所述电压采集模块还采集第二电阻与热敏电阻公共端的电压。
进一步地，所述热敏电阻为NTC电阻。
进一步地，所述IGBT寿命监测电路还包括连入电源模块与第一二极管正极之间的第四电阻；连入第一二极管正极与地之间的第五电阻；所述电压采集模块还采集第一二极管正极的电压；所述第五电阻与第一电阻、电压采集模块、电源模块共地。
进一步地，所述IGBT寿命监测电路还包括连入电源模块与第一二极管正极之间的第四电阻；连入第一二极管正极与地之间的第五电阻；所述电压采集模块还采集第一二极管正极的电压；所述第五电阻与第一电阻、电压采集模块、电源模块共地。
进一步地，所述IGBT寿命监测电路中的电源模块输出的电压是与待测IGBT的集电极和发射极之间导通压降相同或相近数量级的直流电压。
本实用新型有益效果：
由以上技术方案可知，本实用新型通过第一二极管隔离待测IGBT关断时的电压，实现电压采集模块只采集待测IGBT集电极与发射极之间的导通电压，不会采集待测IGBT关断时的集电极与发射极之间的电压，提高了电压采集模块的采集精度。同时，本实用新型将多路IGBT寿命监测电路串联在一起，可以监测多个待测IGBT。另一方面，本实用新型将热敏电阻与待测IGBT连接，可以准确监测到待测IGBT的运行温度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍。下面描述中的附图仅仅是本实用新型中的实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1是本实用新型实施例一的电路图；
图2是本实用新型实施例二的电路图；
图3是本实用新型实施例三的电路图；
图4是本实用新型实施例四的电路图；
图5是本实用新型实施例五的整体结构框图；
图6是本实用新型实施例五的电路图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型进行详细的说明。
为了使本实用新型的目的、技术方案、优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
实施例1
如图1所述，一种IGBT寿命监测系统包括一路IGBT寿命监测电路。IGBT寿命监测电路包括一个待测IGBT、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电阻R1、电源模块以及电压采集模块。
如图1所示，第一二极管D1的正极与电源模块连接，负极与待测IGBT的集电极c连接。第一电阻R1的一端与待测IGBT的发射极e连接，另一端接地。第二二极管D2的正极与待测IGBT的发射极e连接，负极与待测IGBT的集电极c连接。此时，第一二极管D1正极的电压为电源模块输出的电压Vcc，负极为待测IGBT集电极c的电压。电压采集模块采集待测IGBT的发射极e的电压。将电压采集模块采集到的待测IGBT的发射极e的电压记为U1。
在本实施例中，电源模块输出的电压Vcc为与待测IGBT的集电极和发射极之间导通压降相同或相近数量级的直流电压。
在本实施例中，第一电阻R1、电源模块以及电压采集模块共地，降低了地电势不统一对计算待测IGBT集电极与发射极导通压降的影响。
待测IGBT的栅极g接收驱动信号，可以使待测IGBT导通或关断。第一二极管D1隔离待测IGBT关断时的电压，实现电压采集模块只采集待测IGBT发射极e和集电极c之间的导通压降，不采集待测IGBT关断时电压，提高电压采集的采集精度的原理如下：
当待测IGBT关断时，待测IGBT的集电极与发射极之间的阻抗很大，导致待测IGBT集电极c和发射极e之间的压降很大，集电极e的电压很高，且高于第一二极管D1正极的电压Vcc，第一二极管D1正极的电压低于第一二极管D1负极的电压，第一二极管D1处于截止状态，此时电压采集模块采集到的待测IGBT的发射极e的电压接近0；
当待测IGBT导通时，待测IGBT的集电极与发射极之间的阻抗变小，导致待测IGBT的集电极c与发射极e之间的压降变小，集电极e的电压低于第一二极管D1正极的电压Vcc，第一二极管D1正极的电压高于第一二极管D1负极的电压，第一二极管D1处于导通状态，此时，待测IGBT的集电极c与发射极e之间的压降Uce＝Vcc-UD1U1；第一二极管D1的导通电压UD1可以通过查询第一二极管D1的产品手册得到。
如图1所示，流过第一电阻R1两端的电流IR1＝U1/R1，流过待测IGBT发射极e与集电极c的电流Ice＝IR1＝U1/R1。
所述IGBT寿命监测系统通过监测待测IGBT集电极c和发射极e之间的导通压降以及导通电流，与待测IGBT正常使用时，集电极c和发射极e之间的导通压降以及导通电流进行比较，判断待测IGBT的使用寿命。当待测IGBT集电极c和发射极e之间的导通压降或导通电流超出正常使用时的导通压降或导通电流时，待测IGBT的使用寿命将会缩短。
实施例2
如图2所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述IGBT寿命监测电路还包括第二电阻R2与热敏电阻R3。第二电阻R2的一端与电源模块连接，另一端与热敏电阻R3的一端连接。热敏电阻R3的另一端与待测IGBT的发射极c连接。电压采集模块还采集热敏电阻R3与第二电阻R2公共端的电压。将电压采集模块采集到的热敏电阻R3与第二电阻R2公共端的电压记为U2。
因为热敏电阻R5的一端与待测IGBT的发射极连接，热敏电阻的温度可以代表待测IGBT的温度。在本实施例中，热敏电阻R5为NTC(Negative Temperature Coefficient，负温度系数)电阻。热敏电阻R5的电阻值会随着温度的上升而下降。
热敏电阻R3上的电压UR3＝(Vcc-U1)*R3/(R2+R3)＝U3-U2，所以热敏电阻R3＝R2/((Vcc-U1/U3-U2)-1)。查询热敏电阻R3的使用手册，根据计算得到的热敏电阻R3的阻值即可知道热敏电阻R3的温度，即待测IGBT的温度。
在本实施例中，流过热敏电阻R3两端的电流IR3＝(Vcc-U2)/R2；流过第一电阻R1的电流IR1＝U1/R1；流过待测IGBT发射极e与集电极c的电流Ice＝IR1-IR3＝(U1/R1)-(Vcc-U2)/R2。
所述IGBT寿命监测系统通过监测待测IGBT的温度、集电极c和发射极e之间的导通压降以及导通电流，与待测IGBT的正常使用温度，集电极c和发射极e之间的导通压降以及导通电流进行比较，判断待测IGBT的使用寿命。
当待测IGBT的温度或集电极c和发射极e之间的导通压降或导通电流或温度超出正常使用时的温度或导通压降或导通电流时，待测IGBT的使用寿命将会缩短。
实施例3
如图3所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述IGBT寿命监测电路还包括连入电源模块与待测IGBT集电极之间的第四电阻R4以及连入待测IGBT集电极与地之间的第五电阻R5。电压采集模块还采集第四电阻R4与第五电阻R5公共端的电压。将电压采集模块采集到的第四电阻R4与第五电阻R5公共端的电压记为U3。
在本实施例中，第五电阻R5与第一电阻R1、电源模块、电压采集模块共地。
在本实施例中，待测IGBT导通时，待测IGBT的集电极c与发射极e之间的压降Uce＝U3-UD1-U1，其中U3＝Vcc*R4/(R4+R5)，第一二极管D1的导通电压UD1可以通过查询第一二极管D1的产品手册得到。
实施例4
如图4所示，本实施例与实施例一的区别在于：所述IGBT寿命监测电路还包括一端与电源模块连接的第二电阻R2；一端与第二电阻R2连接，另一端与待测IGBT发射极连接的热敏电阻R3；连入电源模块与待测IGBT集电极之间的第四电阻R4；连入待测IGBT集电极与地之间的第五电阻R5。电压采集模块还采集热敏电阻R3与第二电阻R2公共端的电压以及第四电阻R4与第五电阻R5公共端的电压。将电压采集模块采集到的热敏电阻R3与第二电阻R2公共端的电压记为U2。将电压采集模块采集到的第四电阻R4与第五电阻R5公共端的电压记为U3。
在本实施例中，第五电阻R5与第一电阻R1、电源模块、电压采集模块共地。
在本实施例中，待测IGBT导通时，待测IGBT的集电极c与发射极e之间的压降Uce＝U3-UD1-U1，其中U3＝Vcc*R4/(R4+R5)，第一二极管D1的导通电压UD1可以通过查询第一二极管D1的产品手册得到。
在本实施例中，在本实施例中，流过热敏电阻R3两端的电流IR3＝(Vcc-U2)/R2；流过第一电阻R1的电流IR1＝U1/R1；流过待测IGBT发射极e与集电极c的电流Ice＝IR1-IR3＝(U1/R1)-(Vcc-U2)/R2。
在本实施例中，热敏电阻R3上的电压UR3＝(Vcc-U1)*R3/(R2+R3)＝U3-U2，所以热敏电阻R3＝R2/((Vcc-U1/U3-U2)-1)。查询热敏电阻R3的使用手册，根据计算得到的热敏电阻R3的阻值即可知道热敏电阻R3的温度，即待测IGBT的温度。
实施例5
如图5，6所示，本实施例与实施例四的区别在于：包括N路IGBT寿命监测电路，N是大于等于2的整数，且N路IGBT寿命监测电路串联连接。本实施例可以实现对多个待测IGBT的监测。在本实施例中，不同路IGBT寿命监测电路中的电源模块输出的电源为隔离电源。
在本实施例中，第n路IGBT寿命监测电路中待测IGBTn导通时，待测IGBTn的集电极c与发射极e之间的压降Ucen＝U3n-UD1n-U1n，其中U3n为第n路IGBT寿命监测电路中电压采集模块n采集到的第四电阻R4n与第五电阻R5n公共端的电压，且U3n＝Vccn*R4n/(R4n+R5n)，第一二极管D1n的导通电压UD1n可以通过查询第一二极管D1n的产品手册得到。n＝1，2……N(以下同)。
在本实施例中，流过待测IGBTn的集电极c与发射极e的电流Icen＝IR1n-R3n＝(U1n/R1n)-(Vccn-U2n)/R2n。其中IR1n为第n路IGBT寿命监测电路中流过第一电阻R1n，IR3n为流过第三电阻R3n的电流。
在本实施例中，热敏电阻R3n上的电压UR3n＝(Vccn-U1n)*R3n/(R2n+R3n)＝U3n-U2n，所以热敏电阻R3n＝R2n/((Vccn-U1n/U3n-U2n)-1)。查询热敏电阻R3n的使用手册，根据计算得到的热敏电阻R3n的阻值即可知道热敏电阻R3n的温度，即待测IGBTn的温度。
以上所述仅是本实用新型的优选实施例，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种IGBT寿命监测系统，其特征在于：包括至少一路IGBT寿命监测电路；所述IGBT寿命监测电路包括待测IGBT；正极与电源模块连接，负极与待测IGBT集电极连接的第一二极管；正极与待测IGBT发射极连接，负极与待测IGBT集电极连接的第二二极管；一端与待测IGBT的发射极连接，另一端接地的第一电阻；采集待测IGBT发射极电压的电压采集模块。
2.根据权利要求1所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测电路中的第一电阻与电压采集模块、电源模块共地。
3.根据权利要求2所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测系统包括N路IGBT寿命监测电路，N是大于等于2的整数；所述N路IGBT寿命监测电路串联连接。
4.根据权利要求3所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述各路IGBT寿命监测电路的电源模块输出的电源为隔离电源。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测电路还包括一端与电源模块连接的第二电阻；一端与第二电阻连接，另一端与待测IGBT发射极连接的热敏电阻；所述电压采集模块还采集第二电阻与热敏电阻公共端的电压。
6.根据权利要求5所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述热敏电阻为NTC电阻。
7.根据权利要求5所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测电路还包括连入电源模块与第一二极管正极之间的第四电阻；连入第一二极管正极与地之间的第五电阻；所述电压采集模块还采集第一二极管正极的电压；所述第五电阻与第一电阻、电压采集模块、电源模块共地。
8.根据权利要求1-4任意一项所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测电路还包括连入电源模块与第一二极管正极之间的第四电阻；连入第一二极管正极与地之间的第五电阻；所述电压采集模块还采集第一二极管正极的电压；所述第五电阻与第一电阻、电压采集模块、电源模块共地。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的IGBT寿命监测系统，其特征在于：所述IGBT寿命监测电路中的电源模块输出的电压是与待测IGBT的集电极和发射极之间导通压降相同或相近数量级的直流电压。
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|---|---|---|---|---|
| CN107966641A (zh) * | 2017-12-06 | 2018-04-27 | 珠海泰芯半导体有限公司 | 一种igbt寿命监测系统 |
| CN110133467A (zh) * | 2019-05-24 | 2019-08-16 | 湖南银河电气有限公司 | 一种超宽动态范围信号的高精度测量方法 |
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