CN208459538U - 一种用于igbt模块结温的测试装置 - Google Patents

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段亚雄
杨林
张松平
易杰
陈凯
杨志兵
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Abstract

本实用新型涉及温度检测的技术领域，公开了一种用于IGBT模块结温的测试装置，包括设置于IGBT模块的铜基板上、正对中央一组芯片的下方的多个感温元件，一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的IGBT芯片中央的温度，另一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的二极管芯片中央的温度，多个所述感温元件与处理器相连，所述处理器与仿真模块、运算模块相连，所述仿真模块用于通过仿真软件生成与多个感温元件测量的温度对应的功耗，所述运算模块用于对IGBT芯片或者二极管芯片的功耗与其对应自身的结壳热阻，结合对应测量的温度做加法运算，获得IGBT芯片或者二极管芯片的结温。本实用新型结构简单，操作方便，利于推广应用。

Description

一种用于IGBT模块结温的测试装置
技术领域
本实用新型涉及温度检测的技术领域，尤其涉及一种用于IGBT模块结温的测试装置。
背景技术
在电子电力设备中，绝缘栅双极型晶体管IGBT模块已成为不可替代的功率开关器件，在大功率装置中应用广泛，比如高压动态无功补偿装置SVG。在工作过程中，IGBT芯片会产生大量的热量，一般采用风冷或者水冷的散热方式将热量及时带走，避免芯片结温超过最大许用结温。如果IGBT最高工作结温超过芯片的最大许用结温，IGBT极易烧毁进而导致设备故障，如何尽可能准确地获取IGBT芯片结温，对确定IGBT工作电流范围、准确设置过温保护等具有重要的意义。
目前还无法直接测量系统运行时IGBT芯片的结温，只有通过间接的方法获取，具体为将IGBT盖板拆除，绝缘胶去除，芯片表面涂黑，IGBT处于常开状态并通以大电流，由于导通损耗从而IGBT芯片加热升温，然后采用红外热像仪进行测量，该方法一方面对测试条件要求较高，另一方面由于注入的是直流电流，与IGBT实际工作条件有较大差别，测试结果不能很好的反映IGBT实际工作结温。
实用新型内容
本实用新型提供一种用于IGBT模块结温的测试装置，解决了现有测量结温方法的测试条件要求高，测试结构不能反映其实际工况等问题。
本实用新型可以通过以下技术方案实现：
一种用于IGBT模块结温的测试装置，包括设置于IGBT模块的铜基板上、正对中央一组芯片的下方的多个感温元件，一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的IGBT芯片中央的温度，另一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的二极管芯片中央的温度，多个所述感温元件与处理器相连，所述处理器与仿真模块、运算模块相连，所述仿真模块用于通过仿真软件生成与多个感温元件测量的温度对应的功耗，所述运算模块用于对IGBT芯片或者二极管芯片的功耗与其对应的自身结壳热阻，结合对应测量的温度运算，获得IGBT芯片或者二极管芯片的结温。
进一步，所述感温元件设置有两个，采用热电偶结构，所述铜基板上设有放置热电偶的凹槽，所述凹槽从IGBT芯片中央或二极管芯片中央延伸至距离所述IGBT芯片中央或二极管芯片中央最近的边缘，所述热电偶的结点与IGBT芯片中央或二极管芯片中央对应设置。
进一步，凹槽的深度设置为0.6～0.8毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米。
进一步，所述感温元件设置于铜基板上，结合SVG功率模块，设置于SVG老化测试平台，测量不同工况下的结温。
进一步，所述铜基板设置与SVG散热器上，其与SVG散热器的接触面上涂覆导热硅脂，固定于SVG功率模块上。
本实用新型有益的技术效果如下：
通过在铜基板上开设用于放置热电偶的凹槽，该凹槽可从铜基板的边缘延伸至IGBT芯片中央或二极管芯片中央，使其测试点尽可能地接近发热源中心，并且可以将此装置设置于老化测试平台，模拟不同的实际工况进行温度测试，再通过仿真模块和运算模块来预估IGBT芯片的结温，本实用新型的装置不需要精密的测量仪器，操作简单，利于推广应用，并且能够较为准确地反映IGBT芯片结温，为提高IGBT运行可靠性提供数据支撑。
附图说明
图1为本实用新型的感温元件对应某型号IGBT模块芯片的位置示意图，黑色双箭头表示感温元件的对应位置；
图2为本实用新型的IGBT模块、SVG散热器与感温元件的安装位置示意图；
图3为本实用新型的铜基板的凹槽开设位置示意图；
其中，1-铜基板，11-凹槽，2-感温元件，3-SVG散热器。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。
如图1和2所示，本实用新型提供了一种用于IGBT模块结温的测试装置，包括设置于IGBT模块的铜基板1上、正对中央一组芯片的下方的多个感温元件2，一部分感温元件2用于测量中央一组芯片中间的IGBT芯片中央的温度，另一部分感温元件2用于测量中央一组芯片中间的二极管芯片中央的温度，多个感温元件2与处理器相连，该处理器与仿真模块、运算模块相连，该仿真模块用于通过仿真软件生成与多个感温元件测量的温度对应的功耗，可采用功耗仿真软件IPOSIM和热仿真软件Flotherm进行仿真，该运算模块用于对IGBT芯片或者二极管芯片的功耗与其对应自身的结壳热阻，结合对应测量的温度做运算，获得IGBT芯片或者二极管芯片的结温。
通常，感温元件2设置有两个，采用热电偶结构，如K型热电偶，规格为TT-K-36-SLE，一个用于测量中央一组芯片中间的IGBT芯片中央的温度，另一个用于测量中央一组芯片中间的二极管芯片中央的温度，在铜基板1上设有放置热电偶的凹槽11，该凹槽11从IGBT芯片中央或二极管芯片中央延伸至距离该IGBT芯片中央或二极管芯片中央最近的边缘，如图3所示，并将热电偶的结点与IGBT芯片中央或二极管芯片中央对应设置，这样，可以热电偶尽可能地靠近发热源中心，提高测量的准确性。
为了不影响铜基板1与IGBT芯片、二极管芯片安装配合，需要将热电偶尽可能地全部收缩进入凹槽11，同时，考虑到温度测量的准确性，热电偶也可以缩进去过多，所以，对于规格为TT-K-36-SLE的K型热电偶，该凹槽的深度设置为0.6～0.8毫米，优选0.6毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米，优选1.0毫米。
本实用新型的具体工作过程：
首先，将热电偶放置进入事先设置好的凹槽11中，确保铜基板1表面应平整，没有凸起，将铜基板1表面涂覆导热硅脂，安装于SVG散热器3上，并固定于SVG功率模块上，在SVG模块老化测试平台上调整到需要测试的工况，然后，进行测试，获得对应测试点处的温度Tigbt和Tdiode，利用仿真模块中的仿真软件如功耗仿真软件IPOSIM和热仿真软件Flotherm生成与获得的温度Tigbt和Tdiode对应的功耗Pigbt和Pdiode，最后，再利用运算模块获得对应的结温，具体利用如下计算公式Tj-igbt＝Tigbt+PigbtxRjc-igbt，Tj-diode＝Tdiode+PdiodexRjc-diode计算得到对应的芯片结温，其中，该IGBT和二极管的结壳热阻Rjc-igbt、Rjc-diode可以通过查询对应的规格书获得。
本实用新型通过在铜基板上开设用于放置热电偶的凹槽，该凹槽可从铜基板的边缘延伸至IGBT芯片中央或二极管芯片中央，使其测试点尽可能地接近发热源中心，并且可以将此装置设置于老化测试平台，模拟不同的实际工况进行温度测试，再通过仿真模块和运算模块来预估IGBT芯片的结温，本实用新型的装置不需要精密的测量仪器，操作简单，利于推广应用，并且能够较为准确地反映IGBT芯片结温，为提高IGBT运行可靠性提供数据支撑。
虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本实用新型的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种用于IGBT模块结温的测试装置，其特征在于：包括设置于IGBT模块的铜基板上、正对中央一组芯片的下方的多个感温元件，一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的IGBT芯片中央的温度，另一部分感温元件用于测量中央一组芯片中间的二极管芯片中央的温度，多个所述感温元件与处理器相连，所述处理器与仿真模块、运算模块相连，所述仿真模块用于通过仿真软件生成与多个感温元件测量的温度对应的功耗，所述运算模块用于对IGBT芯片或者二极管芯片的功耗与其对应的自身结壳热阻，结合对应测量的温度运算，获得IGBT芯片或者二极管芯片的结温。
2.根据权利要求1所述的用于IGBT模块结温的测试装置，其特征在于：所述感温元件设置有两个，采用热电偶结构，所述铜基板上设有放置热电偶的凹槽，所述凹槽从IGBT芯片中央或二极管芯片中央延伸至距离所述IGBT芯片中央或二极管芯片中央最近的边缘，所述热电偶的结点与IGBT芯片中央或二极管芯片中央对应设置。
3.根据权利要求2所述的用于IGBT模块结温的测试装置，其特征在于：凹槽的深度设置为0.6～0.8毫米，宽度设置为1.0～1.2毫米。
4.根据权利要求1所述的用于IGBT模块结温的测试装置，其特征在于：所述感温元件设置于铜基板上，结合SVG功率模块，设置于SVG老化测试平台，测量不同工况下的结温。
5.根据权利要求4所述的用于IGBT模块结温的测试装置，其特征在于：所述铜基板设置与SVG散热器上，其与SVG散热器的接触面上涂覆导热硅脂，固定于SVG功率模块上。
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