一种igbt动态性能测试装置及其运行方法
【专利摘要】本发明为一种IGBT动态性能测试装置，其组成包括试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统，其中，IGBT过温保护系统与IGBT驱动电路相连；试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统和示波器各自独立；测试时IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统相连。本发明的IGBT动态性能测试装置，能够对IGBT模块铜底板温度以及内部发热芯片的结温同时且自动地进行采集，进而能对模块热阻参数进行提取；并能够对IGBT模块工作频率进行实时调节。
【专利说明】一种IGBT动态性能测试装置及其运行方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力电子器件测试装置和温度检测领域，尤其涉及IGBT (绝缘栅双极 型晶体管）功率循环强度的试验装置以及运行方法。
【背景技术】
[0002] 由于半导体制造技术的不断提升，高频化、大功率化、集成化是电力电子器件不断 发展的方向，IGBT模块的功率等级和功率密度越来越高，类似于IGBT这类大功率器件往往 是具有电热疲劳的电气器件，在电能驱动下运行时，其关键部件伴发电热效应从而引起温 升，温度的不断变化会产生交变的膨胀和收缩力，从而使得材料的关键部位出现裂纹、松弛 甚至断裂，在高温的情况下，还可能使得材料的物理性质发生变化，从而引起其热物性参数 的退化，其可靠性就会降低，所以对模块的温度进行检测则至关重要。
[0003] 由于系统运行周期内IGBT模块承载的外应力复杂，特别是模块承载的功率循环 强度（与电压、电流、开关频率有关）随时间快速变化，以往的试验装置仅限于对特定状况 下模块的性能进行测试而不能模拟实际的工作状态，具有局限性。
[0004] 随着电力电子技术的发展，功率模块相关试验技术取得了很大发展。"用于检测 IGBT的测试装置"（专利申请号：CN200910070189)主要涉及测定IGBT的好坏，具体手段 是通过检测电阻器的PWM波形来确定其好坏；"一种IGBT结温检测装置及其方法"（专利 申请号：CN201110038568)主要涉及IGBT结温的检测，具体手段是通过确定IGBT的结温 升再加上IGBT散热器的温度来确定IGBT结温；"一种IGBT温度检测电路"（专利申请号： CN201310230871)主要涉及对IGBT温度的监测，具体手段是采用Η桥式差分输入电路来抑 制共模干扰和电阻温漂问题来使温度的测定更准确；"一种IGBT温度检测方法"（专利申 请号：CN201210230805)主要涉及对IGBT温度进行计算的方法，具体手段是通过采集NTC 热敏电阻的电压信号来计算IGBT的温度，具有实时监控的作用；以上专利或只对测试模块 进行简单的测试，或间接地对IGBT结温进行监测和计算，但均不涉及对IGBT结温的直接监 测，同样地也不涉及功率循环强度的试验，没有研究功率循环强度与温度之间的相关性。
[0005] 为了模拟IGBT模块的实际工况并对模块进行动态性能的测试，需要一种功率循 环强度不断循环变化且对模块温度能实时监测的试验系统。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于针对当前技术的不足，提供一种IGBT动态性能测试装置及其 运行方法。该装置通过将负载电阻分别与多路循环时间继电器相连后接到直流稳压源两 端，从而达到无需人为干涉就能自动使电流不断循环变化的目的；利用IGBT硅凝胶灌封技 术使光纤传感器与待测IGBT模块内部芯片相连，从而达到直接对模块结温进行采集的目 的；同时将温度传感器与温控器相连，再分别与散热风扇和驱动电路供电电源相连，达到对 待测IGBT模块进行过温双保护的目的。调节直流稳压源的幅值能控制IGBT模块两端的电 压（集射极电压），通过信号发生器能动态调节IGBT的工作频率，通过对多路循环时间继电 器进行时间设置能自动改变接入回路中负载的路数来控制流过模块的集电极电流，从而达 到模块的功率强度不断循环变化的目的；同时能通过温度传感器与光纤温度传感器分别对 模块铜底板的温度和模块内部发热芯片的结温进行温度数据的采集，进而能对其热阻参数 进行动态提取；通过对温控器的温度值进行设置来对散热风扇的开关以及驱动电路的通断 进行控制，从而达到对模块进行过温保护的目的。
[0007] 本发明的技术方案为：
[0008] -种IGBT动态性能测试装置，其组成包括试验电流产生电路、第一温度采集存储 系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统，其中，IGBT过温 保护系统与IGBT驱动电路相连；试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采 集存储系统和示波器各自独立；测试时IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、第一温度 采集存储系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统相连。
[0009] 所述的试验电流产生电路，其组成包括直流稳压源、多路循环时间继电器和负载 电阻，其连接方式是：多个负载电阻的一端分别与多路循环时间继电器相连，另一端与直流 稳压电源的一端相连，多路循环时间继电器的另一端与直流稳压电源的另一端相连。
[0010] 所述的第一温度采集存储系统，其组成包括第一温度传感器、温度信号采集模块、 温度信号传输模块和第一计算机组成，其连接方式是：第一温度传感器、温度信号采集模 块、温度信号传输模块和第一计算机依次相连。
[0011] 所述的第二温度采集存储系统，其组成包括光纤传感器、温度信号解调器和第二 计算机组成，其连接方式是：光纤传感器、温度信号解调器和第二计算机依次相连。
[0012] 所述的IGBT驱动电路，主要包括信号发生器、光耦信号放大器、驱动器、不平衡电 路、稳压电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大器、驱动器、不平衡电 路和稳压电路依次相连；直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第 二直流电源分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器与不平衡电路相连。
[0013] 所述的IGBT过温保护系统，其组成包括第二温度传感器、温控器、两个散热风扇， 其连接方式是：第二温度传感器与温控器相连，两个并行工作的散热风扇与温控器相连。
[0014] 所述的不平衡电路包括两个二极管Di和D2、开通电阻Rm以及关断电阻R#，其连 接方式是：开通电阻R m与二极管Di正向串联，关断电阻R#与二极管D2反向串联，将正向 串联电路与反向串联电路相并联组成不平衡电路。
[0015] 所述的稳压电路包括15V稳压二极管DZi、反向8V稳压二极管DZ2和保护电阻R， 其连接方式是：15V稳压二极管0?和反向8V稳压二极管DZ 2相串联后与保护电阻R相并 联组成稳压电路。
[0016] 本发明的IGBT动态性能测试装置的运行方法，包括以下步骤：
[0017] 首先，将IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二 温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统相连；其中，对IGBT测试模 块进行封装；然后开始运行以下步骤：
[0018] (1)系统初始化，启动计算机，等待温度数据的存储与显示；
[0019] (2)试验参数设置：
[0020] ①启动试验电流产生电路中的直流稳压源，调出实验所需的直流母线电压；
[0021] ②调节IGBT驱动电路中的信号发生器，设置IGBT模块的栅极驱动方波信号，包括 信号频率调节以及信号占空比调节，准备为驱动器输送驱动信号；
[0022] ③对接入回路的负载路数进行设置，为两种方法之一：
[0023] A.当测试某一固定电流下IGBT模块的各项性能时，通过控制试验电流产生电路 中的多路循环时间继电器，将与所需接入回路的负载相连的继电器设置为常闭状态，而将 与不需要接入回路的负载相连的继电器设置为常开状态；
[0024] 或者，B.当进行功率循环强度的试验时，对每路负载接入或退出回路的时间间隔 进行设置，通过对试验电流产生电路中的多路循环时间继电器的设置来完成，设置每路负 载接入回路的时间间隔依次为{t 1+，t2+……t2(l+}，则各路负载按照设置的时间间隔依次接入 回路，20路负载接入回路的时间总和t+ = t1++t2......+t2(l+ ;等待20路负载全部接入回路之 后各路负载需要依次退出回路，假设设置每路负载退出回路的时间间隔依次{tp，t2_…… ，则各路负载按照设置的时间间隔依次退出回路，20路负载接入回路的时间总和t_ = t卜+t2_......+t2(l_ ;-个循环的总时间 t = t.+t_ = t1++t2......+t2(l++t卜+t2_......+t 2(l_,同时多路 循环时间继电器对循环的次数进行设置；
[0025] ④设置IGBT过温保护系统内的温控器的温度上限值和下限值，控制IGBT模块散 热风扇的开关以及驱动电路供电电源的通断，从而确保模块不会因为过温而失效，具体做 法如下：
[0026] 设置温控器的温度上限值TH和下限值?Υ，当温度传感器检测到IGBT铜底板的温 度高于T H时，温控器内的继电器开始动作，继电器常开端口变常闭，散热风扇开始转动进而 加快模块的散热达到使模块降温的目的；与此同时，继电器常闭端口变常开，驱动电路供电 电源断开，驱动电路停止工作；当温度传感器检测到模块温度低于?Υ时，温控器内的继电器 重新动作，此时继电器常闭端口变常开而使散热风扇停止转动，继电器常开端口变常闭而 使驱动电路重新投入工作；
[0027] (3)闭合主开关，使电路处于闭合状态，检查各仪表是否显示正常以及各负载支路 是否连接正常；
[0028] (4)启动第一温度采集存储系统和第二温度采集存储系统，分别对测试模块铜底 板温度和内部发热芯片温度进行温度数据的存储和显示；
[0029] (5)按下所有直流电源的供电开关，整个测试装置进行工作；
[0030] (6)判断系统是否运行正常以及检测到的模块铜底板温度是否达到温控器设定 上限值，如果系统运行正常且在工作过程中检测到的模块铜底板温度没有达到温控器设定 上限值，待试验达到稳态后利用示波器对测试模块的电流电压进行测试；如果系统运行不 正常或者在工作过程中检测到的模块铜底板温度达到温控器设定上限值，系统自动停止工 作，待铜底板温度达到温控器设定下限值时系统重新运行；
[0031] (7) -轮试验完成后，按下关闭按钮，系统停止工作。
[0032] 所述的IGBT测试模块封装方法，其组成包括IGBT模块、导热硅脂、散热片、第一温 度采集存储系统中的第一温度传感器、IGBT过温保护系统中的第二温度传感器和第二温度 采集存储系统中的光纤传感器，其连接方式是：IGBT模块、导热硅脂和散热片依次相连，散 热片经打孔处理，分别在IGBT测试模块内部两个IGBT芯片所对应的正下方各自留有一个 通孔，第一温度传感器置于散热片左端通孔中、第二温度传感器置于散热片右端通孔中；利 用IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理，将光纤温度传感器紧贴于IGBT模块内 部左侧IGBT芯片上面进行测温；将导热硅脂均匀地涂在IGBT模块铜底板和散热片上面用 于IGBT模块与散热片的连接，其厚度为100-200 μ m。
[0033] 所述的IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理的方法，包括以下步骤： [0034] (1)将IGBT模块打开，向模块内部注入环氧树脂溶解剂，待硅凝胶全部溶解后将 温度采集存储系统中的光纤温度传感器压到IGBT芯片上，利用芯片上方的键合铝线将传 感器固定住，然后将模块放置在恒温箱中；
[0035] (2)取RTV硅胶中的的A胶、B胶分别置于单独的烧杯中，各自去除沉淀后搅拌均 匀；
[0036] (3)将搅拌好的A胶直接倒入塑料杯中，再倒入A胶质量十分之一的B胶，用搅拌 棒顺着一个方向充分搅拌塑料杯中的胶水；
[0037] (4)将混合好的胶水静置4?6分钟；
[0038] (5)将胶水倒入模块内部，使其充满整个模块，根据产品要求选择灌封厚度；
[0039] (6)直接将产品置于恒温箱中进行65°C下加热处理2小时，待固化后将模块封装 好即可。
[0040] 本发明的有益效果为：
[0041] (1)本发明的IGBT动态性能测试装置，本试验对模块电压电流都留有测试端口， 利用示波器或高速数据采集卡能对模块任意状态下的集射极电压和集电极电流进行检测 和数据存储，采用相关软件能对采集的电压电流数据进行处理，获得模块精确的功耗以及 电流电压波形；
[0042] (2)本发明的IGBT动态性能测试装置，能够对IGBT测试模块铜底板温度以及内部 发热芯片的结温同时且自动地进行采集，且通过相关计算能对模块热阻参数进行提取，从 而对IGBT测试模块的老化状态进行评估；
[0043] (3)本发明的IGBT动态性能测试装置，能够对IGBT模块工作频率进行实时调节， 从而能探究IGBT模块工作频率的变化对模块发热的影响；
[0044] (4)本发明的IGBT动态性能测试装置，试验电流由多路循环时间继电器来控制各 路负载的接入或切除来获得，从而能获得功率循环强度与温度之间的相关性；
[0045] (5)本发明的IGBT动态性能测试装置，具有两路同时工作的过温保护功能，能够 精确地将IGBT模块的温度维持在设置的温度安全范围内，保证了装置的可靠性运行。
【专利附图】
【附图说明】
[0046] 图1是本发明的结构示意图；其中，1 -测试模块；2 -试验电流产生电路；3-第一 温度采集存储系统；4-第二温度采集存储系统；5-示波器；6-IGBT驱动电路；7-IGBT过温 保护系统。
[0047] 图2是本发明的试验电流产生电路。
[0048] 图3是本发明IGBT驱动电路。
[0049] 图4是本发明的温度采集存储和过温保护系统。
[0050] 图5是本发明的第一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4以及IGBT过 温保护系统7与IGBT模块的连接结构图。
[0051] 图6是本发明的试验运行流程图。
[0052] 图7是本发明的具体电路连接图。
[0053] 图8是本发明经过测试得到的功率循环强度与温度的相关性谱图。
[0054]
【具体实施方式】（结合附图具体说明） 实施例：
[0055] 如图1所示，本发明的IGBT动态性能测试装置，其组成包括试验电流产生电路2、 第一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4、示波器5、IGBT驱动电路6、IGBT过温 保护系统7,其中，IGBT过温保护系统7与IGBT驱动电路6相连；试验电流产生电路2、第 一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4和示波器5各自独立；测试时IGBT测试 模块1分别与试验电流产生电路2、第一温度采集存储系统3、第二温度采集存储系统4、示 波器5、IGBT驱动电路6、IGBT过温保护系统7相连。
[0056] 本发明的IGBT测试模块1采用型号为MMG75SR120B的宏微IGBT模块，其耐压等 级（V ees)为1200V，电流等级（I。）为75A。
[0057] 本发明的示波器5采用型号为DP0 4045的泰克高速数字示波器，示波器的电压探 头直接与IGBT测试模块1的集电极和发射极接线端子相连，电流探头直接夹在IGBT测试 模块1的集电极引线上。示波器最高带宽为500MHz，所有模拟通道上的采样速率高达5GS/ s，显示速率为50000个波形/秒，记录长度为10兆点。
[0058] 如图2所示，本发明的试验电流产生电路2,其组成包括直流稳压源、多路循环时 间继电器和负载电阻，其连接方式是：多个负载电阻的一端分别与多路循环时间继电器相 连，另一端与直流稳压电源的一端相连，多路循环时间继电器的另一端与直流稳压电源的 另一端相连。其中，同规格负载电阻并联后（负载数量是由直流稳压源的功率决定的，本 实验采用的直流稳压源为2002年产的，工作参数为0?60V/0?30A，也即是工作电压调 节为60V时线路的最大电流为30A，也即是文中所说的20个负载，如果直流稳压源的功率 变大的话则负载的数量可增多（本试验使用IGBT测试模块型号为MMG75SR120B，耐压等级 (VJ 1200V，电流等级（IJ75A))连接在直流稳压源两端；同时每个并联的负载电阻分支分 别通过多路循环时间继电器，与多路循环时间继电器中的固态继电器相串联（即回路是这 样的：直流稳压源的正极与多路循环时间继电器相连，多路循环时间继电器与负载电阻相 连，负载电阻与IGBT测试模块1的输入集电极接线端子相连，接着IGBT测试模块1的输出 发射极接线端子再与直流稳压源负极相连，形成整个回路。即直流稳压源--多路循环时 间继电器--负载--IGBT测试模块1--直流稳压源。）。通过人为的手段对多路循环 时间继电器进行时间设置来控制每条负载接入回路的时间间隔，相应地，通过对多路循环 时间继电器进行时间设置也能控制每条负载从回路切除的时间间隔，从而实现对干路电流 大小的控制，实现功率循环强度不断变化的实验。
[0059] 其中，直流稳压源采用DF1760L30A，其输出电压为0?60V，输出电流为0? 30A ;多路循环时间继电器采用两个16路时间继电器并行使用；负载电阻数量为20个， 40Ω/20(Μ 电阻。
[0060] 如图3所示，本发明的IGBT驱动电路6,主要包括信号发生器、光耦信号放大器、 驱动器、不平衡电路、稳压电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大器、 驱动器、不平衡电路和稳压电路依次相连，稳压电路直接与IGBT测试模块1的栅极和发射 极接线端子相连，为IGBT测试模块提供驱动信号；直流电源包括直流电源1和直流电源2， 直流电源1和直流电源2分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器通过其端口 X2. 1 和X2. 2与不平衡电路相连。驱动器的X2. 1和X2. 2端经过不平衡电路和稳压电路后分别 与IGBT测试模块1的两个端口相连接，驱动器的X2. 4端与IGBT测试模块1的另一端口 相连，其中，驱动器经过与不平衡电路与稳压电路进行依次连接后引出三个端口，端口 4接 IGBT的集电极，端口 2接IGBT的栅极，端口 1接IGBT的发射极。
[0061] 不平衡电路包括两个二极管Di和D2、开通电阻Rm以及关断电阻R#，其连接方式 是：开通电阻1--与二极管DiE向串联，关断电阻1?。"与二极管仏反向串联，将正向串联电路 与反向串联电路相并联组成不平衡电路。本电路的作用一是消除回路振荡，作用二是限制 开关管的开关速率。如图3下侧所示，驱动板X2. 2与X2. 1之间会产生+15V和-8V的方波 驱动信号，但是此时的方波信号并不是真正意义上的方波，如果直接输送给IGBT测试模块 则会使器件的开关很不稳定同时回路会产生很强的振荡；其解决手段是当信号为+15V时， 使其通过10 Ω电阻与正向二极管的串联电路，当信号为-8V时，使其通过20 Ω电阻与反向 二极管的串联电路，从而有效消除了回路振荡同时控制了 IGBT模块的开关速率，避免了由 于驱动速度过快而导致IGBT模块的电压电流变化率的急速提高而对整个装置产生很大的 干扰。
[0062] 稳压电路包括15V稳压二极管DZi、反向8V稳压二极管DZ2和保护电阻R，其连接 方式是：15V稳压二极管DZi和反向8V稳压二极管DZ 2相串联后与保护电阻R相并联组成 稳压电路。本电路的作用是消除从驱动器出来的方波信号的毛刺，使方波信号的幅值稳定 在 +15V 和-8V。
[0063] 本电路实现的主要功能是对IGBT驱动信号的控制，可实现对IGBT工作频率以及 占空比的调节，电路的基本原理是：首先对信号发生器通过手动的方式来调节所需的方波 频率、占空比以及幅值，输出特定占空比、频率以及幅值为+10V和0V的方波信号；接着将 信号发生器发出的信号输送至TLP250中进行信号放大，通过TLP250后信号放大至+15V和 0V从而满足驱动器PSHI2012的输入要求；最后将放大信号输送至驱动器后驱动器会发出 +15V和-8V的驱动信号，由于此时的信号会有一定的毛刺，所以将驱动器发出的信号经过 不平衡电路（提供不同的开通关断电压）后通过+15V以及-8V的稳压管进行稳压，从而达 到对IGBT进行驱动的目的。
[0064] 其中，信号发生器采用FG708S ;直流电源1采用24V直流电源、直流电源2采用15V 直流电源；光耦信号发大器采用TLP250 ;驱动器采用PSHI2012 A和D2均采用IN4007DZ1 ; DZi 采用 IN5352, DZ2 采用 IN5344 ;Rm 为 10 Ω，RQff 为 20 Ω，R 为 10K Ω。
[0065] 如图4所示，本发明的第一温度采集存储系统3,其组成包括第一温度传感器、温 度信号采集模块、温度信号传输模块和第一计算机组成，其连接方式是：第一温度传感器、 温度信号采集模块、温度信号传输模块和第一计算机依次相连，计算机对温度数据进行显 示和存储；本系统通过温度传感器对IGBT测试模块铜底板温度（也即是IGBT测试模块1 的壳温）进行采集，并通过无线传输技术将温度数据保存并显示在计算机上。
[0066] 其中，第一温度传感器采用DS18B20-1，检测温度范围为-55°C?+125°C (精度 ±0. rc );温度信号采集模块采用无线数据采集设备SZ06 ;温度信号传输模块采用无线数 据传输设备SZ02-USB-2K。
[0067] 如图4所示，本发明的第二温度采集存储系统4,其组成包括光纤传感器、温度信 号解调器和第二计算机组成，其连接方式是：光纤传感器、温度信号解调器和第二计算机 依次相连，计算机对温度数据进行显示和存储；通过对IGBT测试模块进行特殊处理，在对 IGBT测试模块没有任何损伤的前提下将光纤温度传感器紧贴在IGBT测试模块内部的发热 芯片上来对温度信号进行采集，并将温度数据保存并显示在计算机上。
[0068] 其中，光纤传感器采用光纤温度传感器0SP-A，检测温度范围为-50°C?+150°C ; 温度信号解调器采用MUS-P4-62SC。
[0069] 本发明中，利用IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理的方法，具体包括 以下步骤：
[0070] (1)将IGBT模块打开，向模块内部注入环氧树脂溶解剂，待硅凝胶全部溶解后将 温度采集存储系统4中的光纤温度传感器压到IGBT芯片上，利用芯片上方的键合铝线将传 感器固定住，然后将模块放置在恒温箱中；
[0071] (2)取RTV硅胶中的的A胶、B胶分别置于单独的烧杯中，各自去除沉淀后搅拌均 匀；
[0072] (3)将搅拌好的A胶直接倒入塑料杯中，再倒入A胶质量十分之一的B胶，用搅拌 棒顺着一个方向充分搅拌塑料杯中的胶水；（所述的RTV硅胶型号为RTVS601 PT-A)
[0073] ⑷将混合好的胶水静置4?6分钟；
[0074] (5)将胶水倒入模块内部，使其充满整个模块，根据产品要求选择灌封厚度；
[0075] (6)直接将产品置于恒温箱中进行65°C下加热处理2小时，待固化后将模块封装 好即可。
[0076] 如图4所示，本发明的IGBT过温保护系统7,其组成包括第二温度传感器、温控器、 两个散热风扇，其连接方式是：第二温度传感器与温控器相连，两个并行工作的散热风扇与 温控器中继电器K1的常开端口相连，散热风扇直接对IGBT测试模块1进行风冷散热；温控 器中继电器K2的常闭端口与驱动电路6内的直流电源2相连。该系统通过第二温度传感 器对IGBT测试模块铜底板的温度（壳温）进行检测来控制散热风扇的开关以及驱动电路 供电电源的通断，达到对IGBT测试模块进行过温保护的目的。
[0077] 其中，第二温度传感器采用DS18B20-2,检测温度范围为-55°C?+125°C (精度 ±0. 1°C );温控器采用HRM100 ;散热风扇采用DP200A P/N2123HSL。
[0078] 本发明的装置中的组成可以分布在一个装置柜内。
[0079] 如图5所示，本发明的IGBT测试模块1的封装图，其组成包括IGBT模块、导热硅 月旨、散热片、第一温度采集存储系统3中的第一温度传感器、IGBT过温保护系统7中的第二 温度传感器和第二温度采集存储系统4中的光纤传感器，其连接方式是：IGBT模块、导热硅 脂和散热片依次相连，散热片经打孔处理，分别在IGBT测试模块内部两个IGBT芯片所对应 的正下方各自留有一个通孔，第一温度传感器置于散热片左端通孔中、第二温度传感器置 于散热片右端通孔中，两个温度传感器分别经通孔对IGBT模块铜底板进行测温（也即是对 IGBT模块的外部壳温进行采集）；利用IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理，将 光纤温度传感器紧贴于IGBT模块内部左侧IGBT芯片上面进行测温（也即是对IGBT模块 的内部芯片的结温进行采集）；导热硅脂用于将散热片与IGBT模块紧密粘合在一起，其厚 度为100-200 μ m，IGBT模块与散热片通过导热硅脂进行传热。将导热硅脂均匀地涂在IGBT 模块铜底板和散热片上面用于IGBT模块与散热片的连接，其厚度为100-200 μ m。
[0080] 散热片经打孔处理，分别在IGBT测试模块内部两个IGBT芯片所对应的正下方各 自留有一个通孔，第一温度传感器置于散热片左端通孔中、第二温度传感器置于散热片右 端通孔中，利用IGBT硅凝胶灌封技术对IGBT测试模块进行处理，将光纤温度传感器紧贴于 IGBT模块内部左侧IGBT芯片上面。
[0081] 其中，导热硅脂采用信越G747,导热率为
【权利要求】
1. 一种IGBT动态性能测试装置，其特征为其组成包括试验电流产生电路、第一温度 采集存储系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统，其中， IGBT过温保护系统与IGBT驱动电路相连；试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第 二温度采集存储系统和示波器各自独立；测试时IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、 第一温度采集存储系统、第二温度采集存储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系 统相连； 所述的试验电流产生电路，其组成包括直流稳压源、多路循环时间继电器和负载电阻， 其连接方式是：多个负载电阻的一端分别与多路循环时间继电器相连，另一端与直流稳压 电源的一端相连，多路循环时间继电器的另一端与直流稳压电源的另一端相连； 所述的第一温度采集存储系统，其组成包括第一温度传感器、温度信号采集模块、温度 信号传输模块和第一计算机组成，其连接方式是：第一温度传感器、温度信号采集模块、温 度信号传输模块和第一计算机依次相连； 所述的第二温度采集存储系统，其组成包括光纤传感器、温度信号解调器和第二计算 机组成，其连接方式是：光纤传感器、温度信号解调器和第二计算机依次相连； 所述的IGBT驱动电路，主要包括信号发生器、光耦信号放大器、驱动器、不平衡电路、 稳压电路和直流电源，其连接方式是：信号发生器、光耦信号放大器、驱动器、不平衡电路和 稳压电路依次相连；直流电源包括第一直流电源和第二直流电源，第一直流电源和第二直 流电源分别与光耦信号放大器和驱动器相连接；驱动器与不平衡电路相连； 所述的IGBT过温保护系统，其组成包括第二温度传感器、温控器、两个散热风扇，其连 接方式是：第二温度传感器与温控器相连，两个并行工作的散热风扇与温控器相连。
2. 如权利要求书所述的IGBT动态性能测试装置，其特征为所述的不平衡电路包括两 个二极管込和D2、开通电阻R m以及关断电阻R#，其连接方式是：开通电阻Rm与二极管Di 正向串联，关断电阻艮"与二极管仏反向串联，将正向串联电路与反向串联电路相并联组成 不平衡电路； 所述的稳压电路包括15V稳压二极管DZi、反向8V稳压二极管DZ2和保护电阻R，其连 接方式是：15V稳压二极管DZi和反向8V稳压二极管DZ2相串联后与保护电阻R相并联组 成稳压电路。
3. 如权利要求1中IGBT动态性能测试装置的运行方法，其特征为包括以下步骤： 将IGBT测试模块分别与试验电流产生电路、第一温度采集存储系统、第二温度采集存 储系统、示波器、IGBT驱动电路、IGBT过温保护系统相连；其中，对IGBT测试模块进行封装； 然后开始运行以下步骤： (1) 系统初始化，启动计算机，等待温度数据的存储与显示； (2) 试验参数设置： ① 启动试验电流产生电路中的直流稳压源，调出实验所需的直流母线电压； ② 调节IGBT驱动电路中的信号发生器，设置IGBT模块的栅极驱动方波信号，包括信号 频率调节以及信号占空比调节，准备为驱动器输送驱动信号； ③ 对接入回路的负载路数进行设置，为两种方法之一： A.当测试某一固定电流下IGBT模块的各项性能时，通过控制试验电流产生电路中的 多路循环时间继电器，将与所需接入回路的负载相连的继电器设置为常闭状态，而将与不 需要接入回路的负载相连的继电器设置为常开状态； 或者，B.当进行功率循环强度的试验时，对每路负载接入或退出回路的时间间隔进行 设置，通过对试验电流产生电路中的多路循环时间继电器的设置来完成，设置每路负载接 入回路的时间间隔依次为{t1+，t 2+……t2(l+}，则各路负载按照设置的时间间隔依次接入回 路，20路负载接入回路的时间总和t+ = t1++t2......+t2(l+ ;等待20路负载全部接入回路之 后各路负载需要依次退出回路，假设设置每路负载退出回路的时间间隔依次{tp，t2_…… ，则各路负载按照设置的时间间隔依次退出回路，20路负载接入回路的时间总和t_ = t卜+t2_......+t2(l_ ;-个循环的总时间 t = t.+t_ = t1++t2......+t2(l++t卜+t2_......+t 2(l_,同时多路 循环时间继电器对循环的次数进行设置； ④设置IGBT过温保护系统内的温控器的温度上限值和下限值，步骤如下： 设置温控器的温度上限值TH和下限值?Υ，当温度传感器检测到IGBT铜底板的温度高 于TH时，温控器内的继电器开始动作，继电器常开端口变常闭，散热风扇开始转动进而加快 模块的散热达到使模块降温的目的；与此同时，继电器常闭端口变常开，驱动电路供电电源 断开，驱动电路停止工作；当温度传感器检测到模块温度低于?Υ时，温控器内的继电器重新 动作，此时继电器常闭端口变常开而使散热风扇停止转动，继电器常开端口变常闭而使驱 动电路重新投入工作； (3) 闭合主开关，使电路处于闭合状态，检查各仪表是否显示正常以及各负载支路是否 连接正常； (4) 启动第一温度采集存储系统和第二温度采集存储系统，分别对测试模块铜底板温 度和内部发热芯片温度进行温度数据的存储和显示； (5) 按下所有直流电源的供电开关，整个测试装置进行工作； (6) 判断系统是否运行正常以及检测到的模块铜底板温度是否达到温控器设定上限 值，如果系统运行正常且在工作过程中检测到的模块铜底板温度没有达到温控器设定上限 值，待试验达到稳态后利用示波器对测试模块的电流电压进行测试；如果系统运行不正常 或者在工作过程中检测到的模块铜底板温度达到温控器设定上限值，系统自动停止工作， 待铜底板温度达到温控器设定下限值时系统重新运行； (7) -轮试验完成后，按下关闭按钮，系统停止工作。
4. 如权利要求3中IGBT动态性能测试装置的运行方法，其特征为所述的IGBT测试模 块封装方法，其组成包括IGBT模块、导热硅脂、散热片、第一温度采集存储系统中的第一温 度传感器、IGBT过温保护系统中的第二温度传感器和第二温度采集存储系统中的光纤传 感器，其连接方式是：IGBT模块、导热硅脂和散热片依次相连，散热片经打孔处理，分别在 IGBT测试模块内部两个IGBT芯片所对应的正下方各自留有一个通孔，第一温度传感器置 于散热片左端通孔中、第二温度传感器置于散热片右端通孔中；利用IGBT硅凝胶灌封技术 对IGBT测试模块进行处理，将光纤温度传感器紧贴于IGBT模块内部左侧IGBT芯片上面进 行测温；将导热硅脂均匀地涂在IGBT模块铜底板和散热片上面用于IGBT模块与散热片的 连接，其厚度为100-200 μ m。
5. 如权利要求3中IGBT动态性能测试装置的运行方法，其特征为所述的IGBT硅凝胶 灌封技术对IGBT测试模块进行处理的方法，包括以下步骤： (1)将IGBT模块打开，向模块内部注入环氧树脂溶解剂，待硅凝胶全部溶解后将温度 采集存储系统中的光纤温度传感器压到IGBT芯片上，利用芯片上方的键合铝线将传感器 固定住，然后将模块放置在恒温箱中； (2) 取RTV硅胶中的的A胶、B胶分别置于单独的烧杯中，各自去除沉淀后搅拌均匀； (3) 将搅拌好的A胶直接倒入塑料杯中，再倒入A胶质量十分之一的B胶，用搅拌棒顺 着一个方向充分搅拌塑料杯中的胶水； (4) 将混合好的胶水静置4?6分钟； (5) 将胶水倒入模块内部，使其充满整个模块，根据产品要求选择灌封厚度； 直接将产品置于恒温箱中进行65°C下加热处理2小时，待固化后将模块封装好即可。
【文档编号】G01R31/26GK104251965SQ201410492377
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】姚芳, 黄欢, 李志刚, 赵靖英, 李铮, 马力, 岳巍澎, 李龙, 朱斯 申请人:河北工业大学, 国家电网公司, 国网新源张家口风光储示范电站有限公司