CN221056588U - 一种igbt动态结温测试电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及IGBT测试领域，具体说是一种IGBT动态结温测试电路。它的特点是包括电源正接线端BUS+、电源负接线端BUS‑、低压电压探头VP、电流探头CP、驱动模块和被测的IGBT器件DUT。驱动模块通过控制单元与MOS管S1的栅极和IGBT器件DUT的基极相连，控制单元用于使MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启、MOS管S1的关断早于IGBT器件DUT的关断。该测试电路的测试成本低，可得到精确的IGBT动态结温。
Description
技术领域
本实用新型涉及IGBT测试领域，具体说是一种IGBT动态结温测试电路。
背景技术
众所周知，IGBT一般是作为电子开关使用，伴随着高压和大电流的高频切换，IGBT芯片存在开关损耗及导通损耗，这些损耗便会引起芯片发热，由于传热介质热阻的存在，这些产生的热量无法马上传递出去，使得芯片温度上升。芯片的产热和散热最终趋于平衡，结温在一定范围内波动。为了避免器件无法被最大限度地使用而造成成本浪费，或是因超出最大结温使用而过温失效，精确地监测IGBT的动态结温就显得尤为重要。
目前，现有技术中测试IGBT动态结温方案有四种，一是热电偶贴IGBT塑壳或散热板监控温度，二是内置NTC，三是红外热成像仪法，四是热敏感电参数法。方法一、二的问题在于热电偶或NTC离芯片距离较远，芯片结温通过估算的方式获得，精度较低。方法三受限于应用终端框架，仅适用于敞开式结构，同时IGBT还需要开帽去胶，十分麻烦，且红外热成像仪高昂的价格也增加了测试成本。方法四热敏感电参数法是利用IGBT自身作为温度传感器件，通过电气参数监测IGBT结温的一种技术。具体工作过程以监测饱和压降VCEsat为例，先是通过测试机测得IGBT不同温度、不同电流下的VCEsat，得到一一对应的关系，然后根据实际工况下测得的VCEsat反推IGBT结温。方法四的难点在于IGBT实际工作时，随着器件高频开关，集电极和发射极间电压VCE也会在几百伏高压和几伏低压间高频切换，由于电压探头不同量程下精度不同，无法同时精确地测量高压和低压，低压即饱和压降VCEsat，因而也就无法转换得到IGBT芯片的结温。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是提供一种IGBT动态结温测试电路，该测试电路的测试成本低，可得到精确的IGBT动态结温。解决了现有技术中，精度低，测试成本高，实际应用中IGBT高频开关时VCEsa无法监测的问题。
为解决上述问题，提供以下技术方案：
本实用新型的IGBT动态结温测试电路的特点是包括电源正接线端BUS+、电源负接线端BUS-、低压电压探头VP、电流探头CP、驱动模块和被测的IGBT器件DUT。所述电源正接线端BUS+与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与MOS管S1的漏极和IGBT器件DUT的集电极相连；所述MOS管S1的源极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源负接线端BUS-相连，所述低压电压探头VP与电阻R5的两端相连。所述IGBT器件DUT的发射极分别与电流探头CP和电源负接线端BUS-相连。所述驱动模块通过控制单元与MOS管S1的栅极和IGBT器件DUT的基极相连，控制单元用于使MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启、MOS管S1的关断早于IGBT器件DUT的关断。
其中，所述电阻R5的阻值在1MΩ以上。
所述控制单元含有MOS管S1的关断支路，用于确保MOS管S1的关断早于DUT的关断。
所述控制单元包括电阻R1和电阻R3，所述驱动模块分别与电阻R1和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端与MOS管S1的栅极相连，电阻R3的另一端与IGBT器件DUT的基极相连，电阻R1的阻值大于电阻R3的阻值，从而确保MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启。
所述关断支路包括二极管D1和电阻R2，所述驱动模块与二极管D1的负极相连，二极管D1的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与MOS管S1的栅极相连。
采取以上方案，具有以下优点：
本实用新型通过MOS管S1形成IGBT器件的并联电路，且并联电路的开启迟于IGBT器件DUT的开启、关断早于IGBT器件DUT的关断，再将低压电压探头测量作用的并联电路上，从而避免了IGBT截止时的电压施加到电压探头两端，利用低压探头即可直接测量IGBT器件VCEsa，进而转换得到IGBT的实时结温，提高了测量精度，降低了测量成本。
附图说明
图1是本实用新型的IGBT动态结温测试电路的结构示意图；
图2是本实用新型的IGBT动态结温测试电路中低压电压探头VP的采样电压的仿真波形图；
图3是本实用新型的IGBT动态结温测试电路中IGBT器件DUT两端电压的仿真波形图；
图4是本实用新型的IGBT动态结温测试电路中流过IGBT器件DUT的电流的仿真波形图。
具体实施方式
以下结合附图1-4对本实用新型作进一步详细描述。
在IGBT的实际工况中，电压探头直接接在IGBT的集电极(C)和发射极(E)上，一般选用高压探头，只能用于精确地测量IGBT截止时的电压，此时VCE高达几百伏；IGBT开通时，饱和压降VCEsat，低至几伏，此时电压探头已无法精确地测量该电压。只需避免IGBT截止时的电压施加到电压探头两端，就可以使用低压探头直接测量VCEsat，从而转换得到IGBT的实时结温。
如图1所示，本实用新型的IGBT动态结温测试电路的特点是包括电源正接线端BUS+、电源负接线端BUS-、低压电压探头VP、电流探头CP、驱动模块和被测的IGBT器件DUT。电源正接线端BUS+与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与MOS管S1的漏极和IGBT器件DUT的集电极相连。MOS管S1的源极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源负接线端BUS-相连，低压电压探头VP与电阻R5的两端相连。IGBT器件DUT的发射极分别与电流探头CP和电源负接线端BUS-相连。
本实施例中，电源正接线端BUS+直接接输入电源，电源负接线端BUS-接地，MOS管S1为NMOS管。R4模拟一般负载，R5为限流及采样电阻，低压电压探头VP和电流探头CP分别用于抓取DUT的饱和压降VCEsat及通过DUT的电流。电阻R5的阻值在1MΩ以上，从而将流过S1的电流限制在1mA以下，避免S1两端产生较大压降，使得VP抓取的电压与DUT饱和压降VCEsat一致。
驱动模块通过控制单元与MOS管S1的栅极和IGBT器件DUT的基极相连，控制单元用于使MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启、MOS管S1的关断早于IGBT器件DUT的关断。控制单元含有MOS管S1的关断支路，用于确保MOS管S1的关断早于DUT的关断。控制单元包括电阻R1和电阻R3，驱动模块分别与电阻R1和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端与MOS管S1的栅极相连，电阻R3的另一端与IGBT器件DUT的基极相连，电阻R1的阻值大于电阻R3的阻值，从而确保MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启。关断支路包括二极管D1和电阻R2，驱动模块与二极管D1的负极相连，二极管D1的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与MOS管S1的栅极相连。
本实施例中，驱动模块为可发出高低电平的电路，该电路具体结构属于公知常识，这里不再赘述。
本实施例中，电阻R1为MOS管S1的开通驱动电阻。二极管D1、电阻R1、电阻R2共同组成S1的关断驱动电阻，阻值为R1//R2。电阻R3为DUT的驱动电阻。
本实施例中，MOS管S1与IGBT器件DUT采用同个信号源来驱动开关，为让MOS管S1达到阻断母线高压的效果，MOS管S1需略迟于IGBT器件DUT开启，略早于IGBT器件DUT关断。鉴于mosfet开关速度远快于IGBT，需设置电阻R1远大于电阻R3来延缓S1开启，电阻R1和电阻R3的实际差值，可根据器件的类型和实际需求计算获得，该计算方式属于现有技术，这里不在赘述。同时为MOS管S1设置快速的关断驱动回路，即小电阻R2与D1串联。该测试电路的仿真效果如图2-4，图2为VP采样电压，即DUT的饱和压降VCEsat，图3为DUT两端电压，图4为流过DUT的电流。根据测得的DUT的电流和VCEsat，参照DUT的饱和电压、电流及温度关系表，即可反推得到IGBT的结温。
本实用新型的IGBT结温测试电路，规避了NTC或是热电偶等间接测量的误差，同时也解决了红外热成像法受限于应用平台框架且成本高昂的问题，可以直接地、准确且低成本地测量IGBT的动态结温。
Claims (5)
1.一种IGBT动态结温测试电路，其特征在于，包括电源正接线端BUS+、电源负接线端BUS-、低压电压探头VP、电流探头CP、驱动模块和被测的IGBT器件DUT；所述电源正接线端BUS+与电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端分别与MOS管S1的漏极和IGBT器件DUT的集电极相连；所述MOS管S1的源极与电阻R5的一端相连，电阻R5的另一端与电源负接线端BUS-相连，所述低压电压探头VP与电阻R5的两端相连；所述IGBT器件DUT的发射极分别与电流探头CP和电源负接线端BUS-相连；所述驱动模块通过控制单元与MOS管S1的栅极和IGBT器件DUT的基极相连，控制单元用于使MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启、MOS管S1的关断早于IGBT器件DUT的关断。
2.如权利要求1所述的IGBT动态结温测试电路，其特征在于，所述电阻R5的阻值在1MΩ以上。
3.如权利要求1所述的IGBT动态结温测试电路，其特征在于，所述控制单元含有MOS管S1的关断支路，用于确保MOS管S1的关断早于DUT的关断。
4.如权利要求3所述的IGBT动态结温测试电路，其特征在于，所述控制单元包括电阻R1和电阻R3，所述驱动模块分别与电阻R1和电阻R3的一端相连，电阻R1的另一端与MOS管S1的栅极相连，电阻R3的另一端与IGBT器件DUT的基极相连，电阻R1的阻值大于电阻R3的阻值，从而确保MOS管S1的开启迟于IGBT器件DUT的开启。
5.如权利要求4所述的IGBT动态结温测试电路，其特征在于，所述关断支路包括二极管D1和电阻R2，所述驱动模块与二极管D1的负极相连，二极管D1的正极与电阻R2的一端相连，电阻R2的另一端与MOS管S1的栅极相连。
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