一种igbt模块工作结温的在线检测系统及检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法，其在IGBT模块实际运行不停的开关断状态切换中，变化的驱动电流和集电极电流在IGBT模块的杂散电感上产生感应电压，该感应电压在关断过程中发生两次电压变化，其间隔时间记为温敏时间，该时间在固定的关断电压和电流情况下与IGBT模块的工作结温密切相关。本发明通过建立IGBT测试系统，在不同直流母线电压、IGBT导通电流和工作结温下提取温敏时间，建立离线参考数据库，并在IGBT实际运行中监测IGBT模块驱动发射极与功率发射极之间的电压，提取温敏时间进行在线结温计算，与现有IGBT工作结温监测技术相比，具有更高的实时性和可集成性。
【专利说明】一种IGBT模块工作结温的在线检测系统及检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于电力电子器件检测【技术领域】，具体涉及一种IGBT模块工作结温的在 线检测系统及检测方法。
【背景技术】
[0002] IGBT模块的工作结温在工业用如柔性直流输电和风力发电系统中的功率变流器 中是一项重要的参数，其提供了 IGBT模块热应力和热性能的相关信息，因此，其工作结温 可以用来进行状态监测，评估IGBT模块可靠性，预测剩余使用寿命和分析失效机理。
[0003] 常规的IGBT模块工作结温检测方法，如热传感法，即在IGBT模块内部芯片附近放 置热传感器，该方法需要打开IGBT模块的封装放置热传感器；热成像法，即利用红外测温 仪测量IGBT模块结温的分布情况，但只能测量未封装的裸露芯片，对于封装结构的模块需 要打开模块封装，并且测试仪器昂贵。
[0004] 热阻网络法，即测量IGBT模块基板的温度，并通过IGBT模块的热阻网络可以预测 内部IGBT模块工作结温，此方法需要对IGBT模块的热传导路径及热阻网络测量具有高分 辨率和精确度，由于IGBT模块芯片处温度传导至IGBT模块基板具有延迟时间，该技术不适 用与IGBT模块工作结温的在线监测。
[0005] 总体来说，以上IGBT模块工作结温监测技术，或测量仪器昂贵，或对于IGBT模块 封装具有需要打开封装结构的特殊要求，或结温监测有一定的延迟，不适用于IGBT模块工 作结温的在线监测。
[0006] 除此之外，IGBT模块的行为与其工作结温有密切的联系，这是由于半导体物理参 数如载流子浓度、载流子迁移率等与温度有较强的耦合关系，而IGBT模块的电气特性取决 于以上所述的半导体物理参数，因此IGBT的温敏电气参数为IGBT模块的工作结温监测提 供了可能性，如阈值电压，导通压降，开通电流最大变化率和关断电压变化率等；阈值电压 是通过监测不同温度下IGBT模块M0S沟道开通的最小驱动电压，利用该电压与工作结温 的对应关系确定IGBT模块工作结温，但该参数与温度敏感系数低，且提取较为困难；导通 压降是测量不同温度下IGBT的正向压降，利用正向电压降与工作结温的对应关系来确定 IGBT工作结温，但导通压降的检测需要高耐压的传感器，并且在高压大电流的开关环境下， 所测试的导通压降值很小，非常容易受到干扰；IGBT模块的开通往往伴随着与之换流的功 率管的关断，在两电平电感负载型的电路中，当IGBT模块开通时，负载电流从二级管换流 至大IGBT模块时，二级管的反向恢复电流会流过IGBT模块，因此IGBT模块的开通电流包 含了二极管的反向恢复电流，不完全为IGBT模块本身的特性；关断电压变化率的检测需要 借助额外的无源器件（如电容）转化成易于直接测量的信号，无源器件的加入影响了 IGBT 模块的工作状态。
【发明内容】
[0007] 针对现有技术所存在的上述技术问题，本发明提供了一种IGBT模块工作结温的 在线检测系统及检测方法，能够以较高的精确度和分辨率实时检测IGBT模块的工作结温。
[0008] -种IGBT模块工作结温的在线检测系统，包括：
[0009] 主电路单元，与IGBT模块连接；所述的主电路单元包括直流电压源V、电容C、电感 L和功率二极管D ;其中，直流电压源V的正极与电容C的一端、电感L的一端和功率二极管 D的阴极相连，电感L的另一端与功率二极管D的阳极和IGBT模块的集电极相连，IGBT模 块的功率发射极与直流电压源V的负极和电容C的另一端相连；
[0010] 温控单元，用于调控IGBT模块的环境温度；
[0011] 采样单元，用于在IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间采集电容C 两端的直流母线电压vd。和IGBT模块的导通电流I。；
[0012] 驱动单元，用于为IGBT模块的基极提供开关控制信号，以控制IGBT模块由导通状 态切换至关断状态，进而调控IGBT模块的导通电流I。；
[0013] 结温检测单元，用于采集IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号 I，提取电压信号VEe在IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_eE ;所述的结 温检测单元内存有各种运行工况下关于直流母线电压Vdc;、IGBT模块的导通电流I^IGBT模 块的工作结温Τ」以及温敏时间t d_eE的数据表格以及函数模型；进而根据IGBT模块由导通 状态切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压V d。、IGBT模块的导通电流I。以及温敏 时间td_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的工作结温Τ」。
[0014] 所述的结温检测单元包括：
[0015] 电压捕获模块，用于捕获在关断过程中IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两 端的电压信号;
[0016] 隔离模块，用于对电压信号VEe进行隔离转换；
[0017] 比较模块，用于使隔离转换后的电压信号VEe与给定的阈值电压进行比较，生成具 有与电压信号变化相对应的两次脉冲的脉冲信号；
[0018] 计时测量模块，用于测量所述的脉冲信号中两次脉冲之间的温敏时间td_eE ;
[0019] 结温计算模块，其内部存有各种运行工况下关于直流母线电压Vd。、IGBT模块的导 通电流I。、IGBT模块的工作结温Tj以及温敏时间t d_eE的数据表格以及函数模型，进而根据 IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压Vd。、IGBT模块的导通 电流I。以及温敏时间t d_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的工作结温Τ』。
[0020] 所述的电压捕获模块包括三个电阻R1?R3、运算放大器U1和双向模拟开关Η;其 中：电阻R1的一端接收IGBT模块基极的开关控制信号，另一端与电阻R3的一端和运算放 大器U1的反相输入端相连；电阻R2的一端接IGBT模块驱动发射极的电压，另一端与运算 放大器U1的正相输入端相连；电阻R3的另一端与运算放大器U1的输出端和双向模拟开关 Η的控制端相连，双向模拟开关Η的输入端接IGBT模块功率发射极的电压，双向模拟开关Η 的输出端输出电压信号VEe;。
[0021] 所述的隔离模块包括三个运算放大器U2?U4、两个型号为HCNR201的线性光耦 P1?P2、三个电容C1?C3、两个二极管D1?D2和五个电阻R4?R8 ;其中：电阻R4的一 端与电阻R5的一端相连并接收电压信号VEe，电阻R4的另一端与电容C1的一端、二极管D1 的阴极、运算放大器U2的反相输入端和线性光耦P1的3号引脚相连，运算放大器U2的正 相输入端与线性光耦P1的2号引脚、线性光耦P1的4号引脚、线性光耦P2的1号引脚、线 性光耦P2的3号引脚和运算放大器U3的正相输入端相连并接IGBT模块驱动发射极的电 压，运算放大器U2的输出端与电容C1的另一端、二极管D1的阳极和电阻R6的一端相连， 电阻R6的另一端与线性光稱P1的1号引脚相连，电阻R5的另一端与电容C2的一端、二极 管D2的阳极、运算放大器U3的反相输入端和线性光耦P2的4号引脚相连，运算放大器U3 的输出端与电容C2的另一端、二极管D2的阴极和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与 线性光耦P2的2号引脚相连，线性光耦P1的5号引脚与线性光耦P2的6号引脚和运算放 大器U4的正相输入端相连并接地，线性光耦P1的6号引脚与线性光耦P2的5号引脚、电 容C3的一端、电阻R8的一端和运算放大器U4的反相输入端相连，运算放大器U4的输出端 与电容C3的另一端和电阻R8的另一端相连且为隔离模块的输出端。
[0022] 所述的比较模块包括两个运算放大器U5?U6、两个比较器B1?B2、七个电阻 R9?R15和与门K ;其中：电阻R9的一端与电阻R10的一端相连并接收隔离转换后的电压 信号VEe，电阻R9的另一端与电阻R11的一端和运算放大器U5的反相输入端相连，电阻R10 的另一端与电阻R14的一端、运算放大器U6的反相输入端和运算放大器U6的输出端相连， 运算放大器U5的正相输入端和运算放大器U6的正相输入端均接地，电阻R11的另一端与 运算放大器U5的输出端和电阻R12的一端相连，电阻R12的另一端与比较器B1的反相输 入端相连，比较器B1的正相输入端与电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端接阈值电压 VT1，电阻R14的另一端与比较器B2的反相输入端相连，比较器B2的正相输入端与电阻R15 的一端相连，电阻R15的另一端接阈值电压VT2,比较器B1和B2的输出端分别与与门K的 第一输入端和第二输入端相连，与门K的输出端输出所述的脉冲信号。
[0023] 所述的计时测量模块和结温计算模块可通过FPGA(现场可编程门阵列）实现。
[0024] 为了便于实现IGBT模块工作结温的在线检测，结温检测单元与驱动单元可以集 成在一起。
[0025] 上述在线检测系统的检测方法，包括如下步骤：
[0026] (1)建立数据模型；
[0027] 在不超过IGBT模块最大工作电压、最大工作电流以及最大工作结温的条件下设 定运行工况；对于任一运行工况，在IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间， 其对应一组关于直流母线电压V d。、IGBT模块的导通电流I。和IGBT模块的工作结温Τ」的 数据，采集在该运行工况下IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号V Ee，并提 取电压信号在IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_eE ;
[0028] 依此遍历所有运行工况，获得每一运行工况对应的温敏时间td_eE ;进而建立各运 行工况下关于直流母线电压Vd。、IGBT模块的导通电流I。、IGBT模块的工作结温Τ」以及温 敏时间t d_eE的数据表格和函数模型；
[0029] (2)在线检测；
[0030] 采集IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号VEe，并提取电压信号 VEe在IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_eE ;同时在IGBT模块由导通状 态切换至关断状态的瞬态过程间采集直流母线电压Vd。以及IGBT模块的导通电流I。；
[0031] 进而根据IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压 Vd。、IGBT模块的导通电流I。以及温敏时间td_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的 工作结温I。
[0032] 本发明利用大功率IGBT模块在关断过程中温敏时间td_eE的变化与其工作结温有 强烈的耦合关系，温敏时间t d_eE与IGBT模块的工作结温近似为线性关系，温敏时间td_eE由 驱动发射极e与功率发射极E之间产生的电压V Ee变化进行提取，通过了 IGBT模块驱动发 射极e与功率发射极E之间在关断过程中产生电压VEe变化可提取出温敏时间td_ eE，进一步 确定IGBT模块的工作结温。由于IGBT模块驱动发射极e与功率发射极E之间电压比较低， 故本发明使用一个低压的电压及时间间隔检测电路就可以将温敏时间1&测量出来，而且 该方法及系统不需要额外的高压无源辅助元件，且检测系统易于与驱动单元集成，不影响 IGBT模块原有的工作状态，具有较好的实时性和可集成性。
【专利附图】
【附图说明】
[0033] 图1为本发明在线测试系统的结构示意图。
[0034] 图2为结温检测单元的结构示意图。
[0035] 图3为电压捕获模块的结构示意图。
[0036] 图4为隔离模块的结构示意图。
[0037] 图5为比较模块的结构示意图。
[0038] 图6为本发明系统各测试信号的时序图；其中，\为IGBT模块的基极控制信号，、 为电感L上的电流，V。和I。分别为IGBT模块的电压和电流。
[0039] 图7为电压信号VEe两次变化的波形示意图。
[0040] 图8为不同工作结温下电压信号VEe的波形示意图。
[0041] 图9为温敏时间td_eE随IGBT模块工作结温变化的示意图。
[0042] 图10为温敏时间td_eE随IGBT模块电压电流变化的三维数据示意图。
【具体实施方式】
[0043] 为了更为具体地描述本发明，下面结合附图及【具体实施方式】对本发明的技术方案 进行详细说明。
[0044] 图1所示了电感性负载的IGBT模块工作结温在线测试系统的电路结构。测试系 统包括温控单元、驱动单元、采样单元、直流电源V、直流电容组C、负载电感L、大功率IGBT 模块、大功率二极管模块D和结温检测单元，其中：功率二级管模块D的阴极与直流电容组 C的正极和直流电源V的正极相连接，负载电感L的一端与大功率IGBT模块的功率集电极 端相连，另一端与直流电容组C的正极、直流电源V的正极和二级管模块D的阴极相连接， 大功率IGBT模块的功率发射极端与直流电容组C的负极和直流电源V的负极相连接，驱动 单元连接至大功率IGBT模块的基极端和驱动发射极端，结温检测单元连接至大功率IGBT 模块的功率发射极端和驱动发射极端；为大功率IGBT模块驱动发射极引线的杂散电感， LEe为大功率IGBT模块功率发射极与驱动发射极之间的杂散电感。
[0045] 温控单元用于控制IGBT模块的环境温度，温控单元可以采用温控加热板也可以 采用恒温控制装置（包括温度传感器，加热板与温控仪）；采样单元采用电压电流传感器采 集直流母线电压V d。和IGBT模块的导通电流I。。
[0046] 驱动单元提供大功率IGBT模块的控制信号时序如图6所示；基于上述IGBT模块 工作结温在线测试系统的测试方法步骤如下（以某厂商大功率3300V800A大功率IGBT模 块为例），由温控单元设置IGBT模块的工作温度为第一额定温度，假设第一额定温度为25 摄氏度；同时设置直流电压源输出，给直流电容组充电至第一额定电压VI。
[0047] (1)在h时刻，被测大功率IGBT模块开通，直流电压源V通过大功率IGBT模块对 负载电感L进行充电，控制充电时间，至h时刻，将流经大功率IGBT模块的电流上升至第一 额定电流L，在h时刻，大功率IGBT模块关断；在关断过程中，驱动电流的变化杂散电感 上感应出电压V Eel，IGBT模块功率电流在杂散电感LEe上感应出电压VEe2，因此可以在IGBT 模块驱动发射极和功率发射极之间的电压VEe上监测到两次电压的变化，分别对应感应电 压VEel和V Ee2，通过结温检测单元提取出两次感应电压之间的温敏时间td_eE，图7显示了大 功率IGBT模块在关断过程中在IGBT模块驱动发射极和功率发射极之间监测的V Ee电压波 形。
[0048] (2)由温控单元将大功率IGBT模块的环境温度设定在第二额定温度，同时保持第 一额定电压和第一额定负载电流不变，调节温控单元设置IGBT模块的环境温度，从某一温 度开始以一定的温度间隔逐步增长到最高设置温度，最高设置温度不超过IGBT模块的允 许的最高工作温度，重复至步骤（1)，获得波形与其余额定温度的对应关系，图8显示了 在251：、501：、751：、1001：和1251：的1681'模块工作结温下，在1681'模块驱动发射极和功 率发射极之间的电压波形；图9显示了由IGBT模块驱动发射极和功率发射极之间的电压 VEe两次变化提取的温敏时间td_eE随工作结温变化的关系图。
[0049] (3)改变第一额定电流；保持直流电源V给直流电容组充电的第一额定电压不变， 设置控制及驱动单元改变第一驱动脉冲的持续时间，使测试电流从某一电流值开始以一定 的电流间隔逐步增长到最1?测试电流，最1?测试电流不超过IGBT t旲块允许的最1?工作电 流，重复步骤（1)?（2)，获得不同测试电流下的驱动发射极与功率发射极之间电压波形VEe 及温敏时间td_eE。
[0050] (4)改变第一额定电压；设置直流电源V给直流电容组充电的电压，使电压从某一 电压值开始以一定的电压间隔逐步增长到最高测试电压，最高测试电压不超过IGBT模块 允许的最高工作电压，重复以上步骤（1)?（3)，即可获得全方位不同电压，不同电流，不同 工作结温下的IGBT模块V Ee波形，以及提取出所述温敏时间td_eE。
[0051] (5)通过上述方法即可建立不同电压，不同电流，不同工作结温下的IGBT模块驱 动发射极与功率发射极之间两次电压变化的温敏时间t d_eE的参考数据库。在IGBT模块的 实际工作中，对大功率IGBT模块驱动发射极e与功率发射极E之间电压V Ee进行实时监测， 通过结温检测单元获取电压νΕε中的两次变化温敏时间td_ eE，进而根据实际运行中直流母线 电压Vdc和IGBT模块的导通电流Ic以及温敏时间t d_eE，通过参考数据库中的信息，利用查 表或函数模型或神经网络模型反推出当前的IGBT模块工作结温。图10显示了 IGBT模块 工作结温固定的情况下，不同的母线电压和负载电流下，IGBT模块的工作结温与td_ eE值的 三维数据库，并将获得的参考数据库集成于结温检测单元的数字处理芯片中。
[0052] 如图2所示，本实施方式中结温检测单元包括电压捕获模块、隔离模块、比较模 块、计时测量模块和结温计算模块；其中：
[0053] 电压捕获模块根据IGBT模块的开关状态驱动信号，采用可控模拟开关对IGBT开 关过程中的IGBT模块驱动发射极e与功率发射极E之间电压V Ee进行选取，只获取关断过 程中该部分的电压信号；如图3所示，该模块包括三个电阻R1?R3、运算放大器U1和双向 模拟开关Η ;其中：电阻R1的一端接收IGBT模块基极的开关控制信号，另一端与电阻R3的 一端和运算放大器U1的反相输入端相连；电阻R2的一端接IGBT模块驱动发射极的电压， 另一端与运算放大器U1的正相输入端相连；电阻R3的另一端与运算放大器U1的输出端和 双向模拟开关Η的控制端相连，双向模拟开关Η的输入端接IGBT模块功率发射极的电压， 双向模拟开关Η的输出端输出电压信号V Ee;。
[0054] 隔离模块采用线性光耦对获取的驱动发射极e与功率发射极E之间电压VEe进行 隔离转换，使得IGBT开关主功率电路的高压与结温检测部分的低压信号进行隔离；如图4 所示，该模块包括三个运算放大器U2?U4、两个型号为HCNR201的线性光耦P1?P2、三个 电容C1?C3、两个二极管D1?D2和五个电阻R4?R8 ;其中：电阻R4的一端与电阻R5的 一端相连并接收电压信号VEe，电阻R4的另一端与电容C1的一端、二极管D1的阴极、运算 放大器U2的反相输入端和线性光耦P1的3号引脚相连，运算放大器U2的正相输入端与线 性光耦P1的2号引脚、线性光耦P1的4号引脚、线性光耦P2的1号引脚、线性光耦P2的3 号引脚和运算放大器U3的正相输入端相连并接IGBT模块驱动发射极的电压，运算放大器 U2的输出端与电容C1的另一端、二极管D1的阳极和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端 与线性光耦P1的1号引脚相连，电阻R5的另一端与电容C2的一端、二极管D2的阳极、运 算放大器U3的反相输入端和线性光耦P2的4号引脚相连，运算放大器U3的输出端与电容 C2的另一端、二极管D2的阴极和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与线性光耦P2的2 号引脚相连，线性光耦P1的5号引脚与线性光耦P2的6号引脚和运算放大器U4的正相输 入端相连并接地，线性光耦P1的6号引脚与线性光耦P2的5号引脚、电容C3的一端、电阻 R8的一端和运算放大器U4的反相输入端相连，运算放大器U4的输出端与电容C3的另一端 和电阻R8的另一端相连且为隔离模块的输出端。
[0055] 比较模块通过设置相应的阈值电压，该阈值电压可以驱动发射极e与功率发射极 E之间电压VEe进行比较，产生与驱动发射极e与功率发射极E之间电压VEe变化相对应的 两次脉冲信号，这样产生的脉冲信号之间的温敏时间代表了驱动发射极e与功率发射极E 之间电压VEe的变化反映的我温敏时间td_eE ;如图5所示，该模块包括两个运算放大器U5? U6、两个比较器B1?B2、七个电阻R9?R15和与门K ;其中：电阻R9的一端与电阻R10的 一端相连并接收隔离转换后的电压信号VEe，电阻R9的另一端与电阻R11的一端和运算放 大器U5的反相输入端相连，电阻R10的另一端与电阻R14的一端、运算放大器U6的反相输 入端和运算放大器U6的输出端相连，运算放大器U5的正相输入端和运算放大器U6的正相 输入端均接地，电阻R11的另一端与运算放大器U5的输出端和电阻R12的一端相连，电阻 R12的另一端与比较器B1的反相输入端相连，比较器B1的正相输入端与电阻R13的一端相 连，电阻R13的另一端接阈值电压VT1，电阻R14的另一端与比较器B2的反相输入端相连， 比较器B2的正相输入端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接阈值电压VT2,比较 器B1和B2的输出端分别与与门K的第一输入端和第二输入端相连，与门K的输出端输出 所述的脉冲信号。
[0056] 计时测量模块用于根据比较单元产生的脉冲信号，测量脉冲信号之间的时间间隔 td_eE ;结温计算模块用于根据计时测量模块所产生的时间间隔td_eE以及采样单元采集得到 的直流母线电压V d。和IGBT模块的导通电流I。，计算IGBT模块的工作结温；本实施方式中 这两个模块采用FPGA实现。
[0057] 电压捕获模块采用双向模拟开关⑶4066BCJ，与IGBT模块的驱动控制信号，实现 驱动发射极e与功率发射极E之间电压VEe的选通捕获，由于IGBT模块的驱动信号位于驱 动单元中，因此结温检测单元可以集成在驱动单元中。考虑驱动发射极e与功率发射极Ε 之间电压VEe变化幅值的正负极性，隔离模块使用运算放大器U2、U3与D2、D1实现电压信号 的正负极性均可传递，同时使用线性光耦Pl，P2, R6, R7, R8实现电压信号的等值传递。由 U5和U6组成的反相器和跟随器将两次电压信号均转换为正极性，Bl、VT1和B2、VT2组成 的比较器分别与第一个电压变化的幅值与第二次电压变化的幅值进行比较，获取与电压变 化相对应的脉冲信号，利用该脉冲信号的时间间隔即可获取IGBT的工作结温。
【权利要求】
1. 一种IGBT模块工作结温的在线检测系统，其特征在于，包括： 主电路单元，与IGBT模块连接；所述的主电路单元包括直流电压源V、电容C、电感L和 功率二极管D ;其中，直流电压源V的正极与电容C的一端、电感L的一端和功率二极管D的 阴极相连，电感L的另一端与功率二极管D的阳极和IGBT模块的集电极相连，IGBT模块的 功率发射极与直流电压源V的负极和电容C的另一端相连； 温控单元，用于调控IGBT模块的环境温度； 采样单元，用于在IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间采集电容C两端 的直流母线电压Vd。和IGBT模块的导通电流I。； 驱动单元，用于为IGBT模块的基极提供开关控制信号，以控制IGBT模块由导通状态切 换至关断状态，进而调控IGBT模块的导通电流I。； 结温检测单元，用于采集IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号VEe，提 取电压信号在IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_eE ;所述的结温检 测单元内存有各种运行工况下关于直流母线电压Vdc;、IGBT模块的导通电流I^IGBT模块的 工作结温Τ」以及温敏时间t d_eE的数据表格以及函数模型；进而根据IGBT模块由导通状态 切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压V d。、IGBT模块的导通电流I。以及温敏时间 td_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的工作结温Τ」。
2. 根据权利要求1所述的在线检测系统，其特征在于：所述的结温检测单元包括： 电压捕获模块，用于捕获在关断过程中IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的 电压信号VEe;; 隔离模块，用于对电压信号进行隔离转换； 比较模块，用于使隔离转换后的电压信号VEe与给定的阈值电压进行比较，生成具有与 电压信号变化相对应的两次脉冲的脉冲信号； 计时测量模块，用于测量所述的脉冲信号中两次脉冲之间的温敏时间td_eE; 结温计算模块，其内部存有各种运行工况下关于直流母线电压vd。、IGBT模块的导通电 流I。、IGBT模块的工作结温Tj以及温敏时间td_eE的数据表格以及函数模型，进而根据IGBT 模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压Vd。、IGBT模块的导通电流 I。以及温敏时间td_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的工作结温Τ』。
3. 根据权利要求2所述的在线检测系统，其特征在于：所述的电压捕获模块包括三个 电阻R1?R3、运算放大器U1和双向模拟开关Η ;其中：电阻R1的一端接收IGBT模块基极 的开关控制信号，另一端与电阻R3的一端和运算放大器U1的反相输入端相连；电阻R2的 一端接IGBT模块驱动发射极的电压，另一端与运算放大器U1的正相输入端相连；电阻R3 的另一端与运算放大器U1的输出端和双向模拟开关Η的控制端相连，双向模拟开关Η的输 入端接IGBT模块功率发射极的电压，双向模拟开关Η的输出端输出电压信号V Ee。
4. 根据权利要求2所述的在线检测系统，其特征在于：所述的隔离模块包括三个运算 放大器U2?U4、两个型号为HCNR201的线性光耦P1?P2、三个电容C1?C3、两个二极管 D1?D2和五个电阻R4?R8 ;其中：电阻R4的一端与电阻R5的一端相连并接收电压信号 VEe，电阻R4的另一端与电容C1的一端、二极管D1的阴极、运算放大器U2的反相输入端和 线性光耦P1的3号引脚相连，运算放大器U2的正相输入端与线性光耦P1的2号引脚、线 性光耦P1的4号引脚、线性光耦P2的1号引脚、线性光耦P2的3号引脚和运算放大器U3 的正相输入端相连并接IGBT模块驱动发射极的电压，运算放大器U2的输出端与电容Cl的 另一端、二极管D1的阳极和电阻R6的一端相连，电阻R6的另一端与线性光耦P1的1号引 脚相连，电阻R5的另一端与电容C2的一端、二极管D2的阳极、运算放大器U3的反相输入 端和线性光耦P2的4号引脚相连，运算放大器U3的输出端与电容C2的另一端、二极管D2 的阴极和电阻R7的一端相连，电阻R7的另一端与线性光耦P2的2号引脚相连，线性光耦 P1的5号引脚与线性光耦P2的6号引脚和运算放大器U4的正相输入端相连并接地，线性 光奉禹P1的6号引脚与线性光稱P2的5号引脚、电容C3的一端、电阻R8的一端和运算放大 器U4的反相输入端相连，运算放大器U4的输出端与电容C3的另一端和电阻R8的另一端 相连且为隔离模块的输出端。
5. 根据权利要求2所述的在线检测系统，其特征在于：所述的比较模块包括两个运算 放大器U5?U6、两个比较器B1?B2、七个电阻R9?R15和与门K ;其中：电阻R9的一端 与电阻R10的一端相连并接收隔离转换后的电压信号VEe，电阻R9的另一端与电阻R11的一 端和运算放大器U5的反相输入端相连，电阻R10的另一端与电阻R14的一端、运算放大器 U6的反相输入端和运算放大器U6的输出端相连，运算放大器U5的正相输入端和运算放大 器U6的正相输入端均接地，电阻R11的另一端与运算放大器U5的输出端和电阻R12的一 端相连，电阻R12的另一端与比较器B1的反相输入端相连，比较器B1的正相输入端与电阻 R13的一端相连，电阻R13的另一端接阈值电压VT1，电阻R14的另一端与比较器B2的反相 输入端相连，比较器B2的正相输入端与电阻R15的一端相连，电阻R15的另一端接阈值电 压VT2,比较器B1和B2的输出端分别与与门K的第一输入端和第二输入端相连，与门K的 输出端输出所述的脉冲信号。
6. 根据权利要求2所述的在线检测系统，其特征在于：所述的计时测量模块和结温计 算模块通过FPGA实现。
7. 根据权利要求1所述的在线检测系统，其特征在于：所述的结温检测单元与驱动单 元集成于一起。
8. -种如权利要求1?7任一权利要求所述的在线检测系统的检测方法，包括如下步 骤： (1) 建立数据模型； 在不超过IGBT模块最大工作电压、最大工作电流以及最大工作结温的条件下设定运 行工况；对于任一运行工况，在IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间，其对 应一组关于直流母线电压Vd。、IGBT模块的导通电流I。和IGBT模块的工作结温Τ」的数据， 采集在该运行工况下IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号V Ee，并提取电 压信号VEe在IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_ eE ; 依此遍历所有运行工况，获得每一运行工况对应的温敏时间td_eE ;进而建立各运行工 况下关于直流母线电压Vd。、IGBT模块的导通电流I。、IGBT模块的工作结温Τ」以及温敏时 间t d_eE的数据表格和函数模型； (2) 在线检测； 采集IGBT模块的功率发射极与驱动发射极两端的电压信号VEe，并提取电压信号VEe在 IGBT模块关断过程中两次电压变化之间的温敏时间td_eE ;同时在IGBT模块由导通状态切 换至关断状态的瞬态过程间采集直流母线电压Vd。以及IGBT模块的导通电流I。； 进而根据IGBT模块由导通状态切换至关断状态的瞬态过程间的直流母线电压Vd。、 IGBT模块的导通电流I。以及温敏时间td_eE，通过查表或函数模型计算得到IGBT模块的工 作结温Τ』。
【文档编号】G01R31/26GK104155587SQ201410345265
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月18日 优先权日:2014年7月18日
【发明者】李武华, 孙鹏飞, 罗皓泽, 何湘宁 申请人:浙江大学