CN212159989U - 一种现场igbt检测装置 - Google Patents

Abstract

一种现场IGBT检测装置，包括工控主板、显示单元、IGBT驱动器、测量单元、测试恒流源、功率电阻排、工作电源。工控主板内置操作系统和IGBT检测软件，与显示单元、IGBT驱动器、测量单元连接；工控主板输出控制命令至IGBT驱动器、测量单元启动检测试验，并接收测量单元的采集的集电极和发射极间的电压；工控主板将采集到的集电极和发射极间的电压同标准值进行比较，通过内部计算，给出被测IGBT的老化程度，并输出检测结果在显示单元上显示。

Description

一种现场IGBT检测装置

技术领域

本发明涉及一种现场IGBT检测装置。

背景技术

绝缘栅双极性晶体管(IGBT)是综合了功率场效应晶体管(MOSFET)和双极型晶体管(BJT)结构的复合型器件，具有栅极驱动功率低、工作频率高、输出电流大和通态电阻小等优点。在直流融冰装置、静止无功发生器(SVG)、港口的起重设备、轨道机车的牵引机、各类制造业具有调速功能的设备等机械上都有大量地使用了IGBT模块。

IGBT器件失效机理：IGBT模块由于自身结构的特殊性，它是一种由线性热膨胀系数不同的材料与硅片组成的多层结构。IGBT每动作一次，就相当于完成一次深度热循环，IGBT模块在工作过程中逐步产生老化现象，老化过程大致可以分为键合连接点出现裂纹、裂纹扩大、键合线脱落等阶段。当键合线与芯片表面连接点处出现裂纹时，使得键合线与硅芯片的有效接触面积减小，从而导致键合线与芯片连接点处的等效接触电阻变大。另外，IGBT各层材料的线性热膨胀系数是不匹配的，IGBT属于开关型元件，长期受到热循环冲击，各层材料之间逐渐产生裂纹和虚接，导致模块键合线电阻增加，散热条件恶化，温度波动进一步加大又促使键合线电阻进一步增大，形成正反馈，最终导致模块严重老化失效。所以IGBT模块的老化程度越高，键合线电阻越大，在IGBT导通电流相同的情况下，表现为集电极和发射极间的电压升高。

根据上述IGBT器件失效机理，通过测量全新的IGBT模块的集电极和发射极间的电压作为基准值，在环境温度、集电极电流、门极驱动电压、IGBT导通电流相同条件下，通过测量被测IGBT模块的集电极和发射极间的电压值，同基准值进行比较，可以得到被测IGBT老化程度，从而实现IGBT的现场检测。

发明内容

根据上述技术原理，本发明提供了一种现场IGBT检测装置，可以实现IGBT老化程度的现场快速检测，缩短维护检修时间，提高了电力电子设备的可靠性。

一种现场IGBT检测装置，包括工控主板、显示单元、IGBT驱动器、测量单元、测试恒流源、功率电阻排、工作电源，所述工作电源与外部220V交流市电连接，为现场IGBT检测装置提供工作电源；

所述工控主板与所述显示单元、IGBT驱动器、测量单元连接，工控主板输出控制命令至IGBT驱动器、测量单元的输入，接收测量单元的输入；工控主板还与所述显示单元连接，接收显示单元的输入，并输出试验结果在显示单元上显示；

所述显示单元为触控屏，与所述工控主板连接，作为输出显示和输入外设；

所述IGBT驱动器与所述工控主板和被测IGBT器件连接，IGBT驱动器将工控主板的控制命令转换为触发信号，触发被测IGBT导通；

所述测量单元与所述工控主板和被测IGBT器件连接，测量单元接收工控主板的控制命令，采集被测IGBT器件上集电极和发射极间的电压，将采集的电压模拟量转换成数字量发送给工控主板；

所述测试恒流源与被测IGBT和功率电阻排串联，作为该串联电路的电源；

所述功率电阻排与被测IGBT和测试恒流源串联，作为该串联电路的负载。

进一步的，所述的工控主板内置了操作系统和检测试验软件，检测试验软件将采集到的集电极和发射极间的电压同标准值进行比较，通过内部计算，给出被测IGBT的老化程度。

进一步的，所述的IGBT驱动器的触发信号为单脉冲信号，触发电压和导通时间为固定值。

进一步的，所述的测量单元，包括电压信号放大电路和电压信号采集电路，测量单元有两条测量引出线，引出线正极接被测IGBT器件的集电极，引出线负极接被测IGBT器件的发射极；测量单元可以设置为控制触发或上升沿触发两种模式启动数据采集。

进一步的，所述的测试恒流源，为恒流、恒压的直流电源。

进一步的，所述的功率电阻排，为多个功率电阻并联。

本发明的有益效果是：

本发明的有益效果是：

1.一种现场IGBT检测装置，以其接线简单、检测快速，能为电力检修、电气维修等行业提供便捷、可靠的检测手段；现场IGBT检测装置可以快速测试IGBT的老化程度，能满足电气检测的需要、提高检测工作的效率。

2.大幅度缩短现场电力电子设备IGBT的检测时间，现场IGBT检测装置同被测IGBT仅连接三条导线，通过在检测试验软件上的简单配置，即可以完成IGBT的老化程度的评估检测。

3.大幅度降低IGBT模块的人为损坏的几率，IGBT模块从电力电子设备上拆下到工作间检测以及检测后再安装回设备整个过程中容易出现IGBT模块被静电击穿、IGBT模块的电极被压坏的风险；使用IGBT检测装置可以直接在电力电子设备上对IBGT模块进行检测，则避免了人为损坏风险。

3.提高检测维修后电力电子设备的整体可靠性，现场IGBT检测装置的测试结果是IGBT模块的老化程度，此时模块并未因损坏而停止工作，如检测到IGBT模块老化程度较高，则可以及时更换IGBT模块，这样就大幅度提高了电力电子设备的可靠性。

4.现场IGBT检测装置检测过程自动化程度高，装置内置了操作系统和检测试验软件，整个检测过程全自动完成，现场维修人员通过简单的培训即可完成IGBT模块专业的检测试验。

以下结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的说明。

附图说明

图1是本发明公开的IGBT检测装置的结构示意图。

图2是IGBT器件的检测接线图。

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1，现场IGBT检测装置由工控主板、显示单元、IGBT驱动器、测量单元、测试恒流源、功率电阻排、工作电源组成；工作电源与外部220V交流市电连接，为现场IGBT检测装置提供工作电源；

工控主板内置操作系统和IGBT检测软件，与所述显示单元、IGBT驱动器、测量单元连接；显示单元为触控屏，是输入输出外设，检修人员可以在显示单元上操作IGBT检测软件完成试验工作；工控主板接收显示单元输入的登录信息、检测项目、试验参数等信息，完成相关的试验设置和控制命令；检测试验启动后，工控主板发送控制命令至IGBT驱动器和测量单元；IGBT驱动器连接IGBT器件，接收到工控主板的控制信号后触发IGBT器件导通，触发信号为单脉冲信号，即使被测IGBT导通一个固定的时间；测量单元可以设置为控制触发或上升沿触发两种模式启动数据采集(控制触发——接收到工控主板的控制命令即启动数据采集，上升沿触发——检测到电压的快速上升变化即启动数据采集)，测量单元包括电压信号放大电路和电压信号采集电路，测量单元采集被测IGBT器件上集电极和发射极间的电压，通过电压信号放大电路将采集的电压模拟量信号放大，电压信号采集电路将放大的电压模拟量信号转换成数字量发送给工控主板；测试恒流源、功率电阻排和被测IGBT器件串联，构成检测电路；测试恒流源为恒压、恒流的直流电源；功率电阻排由多个功率电阻并联。

下面以图2所示的IGBT器件的检测接线图，详细介绍该装置的工作过程，具体实施步骤如下：

步骤1、IGBT检测电路接线，如图2所示连接被测IGBT器件的检测电路，测试恒流源、功率电阻排同被测IGBT器件串联构成检测电路，测试恒流源的负极接被测IGBT器件的集电极(C极)，测试恒流源的正极接功率电阻排的一端，功率电阻排的另一端接被测IGBT器件的发射极(E极)；测量单元的两条测量引出线，测量引出线的正极接被测IGBT器件的集电极(C极)，测量引出线的负极接被测IGBT器件的发射极(E极)，测量集电极和发射极间的电压；IGBT驱动器连接被测IGBT器件的基极(G极)，用来触发被测IGBT器件导通；工作电源连接外部220V市电，检测电路接线完成后接通电源。

步骤2、由显示单元输入试验项目、试验参数等信息；输入完成后启动检测流程，工控主板同时发送控制命令至IGBT驱动器和测量单元；IGBT驱动器发送单脉冲触发信号到被测IGBT，使被测IGBT导通一个固定时间，此时由测试恒流源、功率电阻排和被测IGBT器件构成的检测电路有电流流过，形成导通回路；测量单元采集被测IGBT器件的集电极(C极)和发射极(E极)的电压，并将模拟信号转为数字信号，发送到工控主板。

步骤3、工控主板将采集到的集电极和发射极间的电压同标准值进行比较，通过内部计算，给出被测IGBT的老化程度；被测IGBT老化程度越高，集电极和发射极间的电压同标准值的正偏差数值越大；当集电极和发射极间的电压大于标准值20％的时候需要及时更换IGBT。

标准值的取得方法，选择全新的IGBT作为被测IGBT，按照步骤1的方法接线；按照步骤2的方法得到集电极和发射极间的电压值，该电压值即为标准值。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (6)

1.一种现场IGBT检测装置，包括工控主板、显示单元、IGBT驱动器、测量单元、测试恒流源、功率电阻排、工作电源，其特征在于：

所述工作电源与外部220V交流市电连接，为现场IGBT检测装置提供工作电源；

所述工控主板与所述显示单元、IGBT驱动器、测量单元连接，工控主板输出控制命令至IGBT驱动器、测量单元的输入，接收测量单元的输入；工控主板还与所述显示单元连接，接收显示单元的输入，并输出试验结果在显示单元上显示；

所述显示单元为触控屏，与所述工控主板连接，作为输出显示和输入外设；

所述IGBT驱动器与所述工控主板和被测IGBT器件连接，IGBT驱动器将工控主板的控制命令转换为触发信号，触发被测IGBT导通；

所述测量单元与所述工控主板和被测IGBT器件连接，测量单元接收工控主板的控制命令，采集被测IGBT器件上集电极和发射极间的电压，将采集的电压模拟量转换成数字量发送给工控主板；

所述测试恒流源与被测IGBT和功率电阻排串联，作为该串联电路的电源；

所述功率电阻排与被测IGBT和测试恒流源串联，作为该串联电路的负载。

2.根据权利要求1所述的一种现场IGBT检测装置，其特征在于：所述工控主板内置了操作系统和检测试验软件，检测试验软件将采集到的集电极和发射极间的电压同标准值进行比较，通过内部计算，给出被测IGBT的老化程度。

3.根据权利要求1所述的一种现场IGBT检测装置，其特征在于：所述IGBT驱动器的触发信号为单脉冲信号，触发电压和导通时间为固定值。

4.根据权利要求1所述的一种现场IGBT检测装置，其特征在于：所述测量单元包括电压信号放大电路和电压信号采集电路，测量单元有两条测量引出线，引出线正极接被测IGBT器件的集电极，引出线负极接被测IGBT器件的发射极；测量单元可以设置为控制触发或上升沿触发两种模式启动数据采集。

5.根据权利要求1所述的一种现场IGBT检测装置，其特征在于：所述测试恒流源为恒流、恒压的直流电源。

6.根据权利要求1所述的一种现场IGBT检测装置，其特征在于：所述功率电阻排为多个功率电阻并联。

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