一种IGBT功率元件测温结构及功率系统的制作方法

本发明涉及输电领域，特别涉及一种igbt功率元件测温结构及功率系统。

背景技术：

多电平拓扑广泛的应用在输电领域，例如无功补偿、变频器、直流输配电等。而功率单元作为多电平拓扑的基本子单元，由若干个igbt功率元件构成，而igbt功率元件的结温对于功率单元的可靠运行至关重要，因此需要实时监视igbt的结温。

但是随着容量的不断增加，igbt功率元件的封装已经从to-247发展到62mm、econodual、primepack、stakpak等，电压可达4500v，甚至更高可达6500v，以往对igbt功率元件测温，是在igbt功率元件内部集成测温部件，但是随着容量的增加，给器件选型和绝缘设计带来了困难，在高电压、大电流等级下的功率单元的电磁环境也非常复杂，如果对温度信号处理不当，将会带来的干扰较大，造成误判，影响功率单元的可靠运行，以往的方式已经无法实现。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种igbt功率元件测温结构，通过对散热模组的测温来间接反映igbt功率元件的温度，能够兼容更高等级的输电拓扑。

本发明还提出一种功率系统，通过对散热模组的测温来间接反映igbt功率元件的温度，能够兼容更高等级的输电拓扑，检测可靠稳定。

根据本发明的第一方面实施例的一种igbt功率元件测温结构，包括散热模组以及测温部件，所述散热模组与igbt功率元件连接以为所述igbt功率元件散热，所述测温部件与散热模组连接以通过检测所述散热模组的温度来反映所述igbt功率元件的温度。

根据本发明实施例的一种igbt功率元件测温结构，至少具有如下有益效果：

本发明igbt功率元件测温结构，散热模组为igbt功率元件散热，igbt功率元件的热量传导至散热模组上，测温模块对散热模组测温，能够间接地反映出igbt功率元件的温度，并且散热模组上一般具有绝缘结构，或者在散热模组上更容易布置绝缘结构，从而便于对测温部件规格的选取以及布置，能够兼容更高等级的输电拓扑，也使得检测更加可靠稳定。

根据本发明的一些实施例，所述散热模组与所述igbt功率元件的发射极连接。

根据本发明的一些实施例，所述散热模组为液冷散热器或者风冷散热器。

根据本发明的一些实施例，所述散热模组上设置有导体连接件，所述导体连接件内设置有中空通道，所述中空通道允许绝缘液或者风流从所述中空通道中经过，所述igbt功率元件通过导体连接件与外部物件导电连接。

根据本发明第二方面实施例的功率系统，包括若干个igbt功率元件、控制驱动模块以及如上述任一实施例公开的一种igbt功率元件测温结构，所述控制驱动模块分别与各个igbt功率元件、测温部件连接。

根据本发明实施例的功率系统，至少具有如下有益效果：

本发明的功率系统，控制驱动模块控制各个igbt功率元件运行，散热模组设置在igbt功率元件上以为igbt功率元件散热，igbt功率元件的热量传导至散热模组上，测温模块对散热模组测温，能够间接地反映出igbt功率元件的温度，从而控制驱动模块能够得知igbt功率元件的温度信息，散热模组上一般具有绝缘结构，或者在散热模组上更容易布置绝缘结构，从而便于对测温部件规格的选取以及布置，能够兼容更高等级的输电拓扑，也使得检测更加可靠稳定。

根据本发明的一些实施例，所述控制驱动模块通过双芯屏蔽线与所述测温部件连接。

根据本发明的一些实施例，所述控制驱动模块设置在散热模组和/或所述测温部件的一侧。

根据本发明的一些实施例，所述igbt功率元件有多个，所述igbt功率元件测温结构也有多个并且与igbt功率元件一一配对。

根据本发明的一些实施例，所述控制驱动模块包括依次连接的emc单元、用于对信号滤波整形以形成电压信号的滤波整形单元、用于将电压信号转化为频率信号的压频转换单元以及传送单元，emc单元与测温部件连接，所述传送单元通过光纤上传带有温度信息的频率信号。

根据本发明的一些实施例，还包括故障检测单元以及开关检测单元，所述故障检测单元用于检测功率系统的运行状态信息，所述开关检测单元用于检测igbt功率元件的开关状态，所述传送单元为分时传送单元，所述传送单元分别与故障检测单元以及开关检测单元连接，从而根据igbt功率元件的开关状态在igbt功率元件的开通状态和关断状态下分别传输功率装置的运行状态信息和带有温度信息的频率信号。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明功率元件测温结构其中一种实施例的原理结构框图；

图2为本发明功率系统其中一种实施例的电路图；

图3为本发明功率系统其中一种实施例的控制驱动模块的原理结构框图；

图4为半桥功率单元的电路图；

图5为全桥功率单元的电路图；

图6为本发明功率系统其中一种实施例分时传送的时序示意图。

附图标记：

igbt功率元件100、散热模组200、测温部件300、控制驱动模块400、emc单元410、滤波整形单元420、压频转换单元430、传送单元440、故障检测单元450、开关检测单元460、模块控制板500、阀控端600、旁路驱动模块700、取电模块800。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种igbt功率元件测温结构，包括散热模组200以及测温部件300，散热模组200与igbt功率元件100连接以为igbt功率元件100散热，测温部件300与散热模组200连接以通过检测散热模组200的温度来反映igbt功率元件100的温度。

其中，测温部件300可以采用ntc元件，设置在散热模组200上从而获取温度变化，形成温度信息。

本发明igbt功率元件测温结构，散热模组200为igbt功率元件100散热，igbt功率元件100的热量传导至散热模组200上，测温模块对散热模组200测温，能够间接地反映出igbt功率元件100的温度，并且散热模组200上一般具有绝缘结构，或者在散热模组200上更容易布置绝缘结构，从而便于对测温部件300规格的选取以及布置，能够兼容更高等级的输电拓扑，也使得检测更加可靠稳定。

在本发明的一些实施例中，散热模组200与igbt功率元件100的发射极连接，能够更加准确地反映igbt功率元件100的结温。

在本发明的一些实施例中，散热模组200为液冷散热器或者风冷散热器，其中，采用液冷散热器，导热材料可采用绝缘液。

进一步地，散热模组200上设置有导体连接件(图中未视出)，导体连接件内设置有中空通道，中空通道允许绝缘液或者风流从中空通道中经过，igbt功率元件100通过导体连接件与外部物件导电连接，例如两个igbt功率元件100通过导体连接件连接，具体地，散热模组200上的壳体部分为导体(即导体连接件)，并且可以容置绝缘液或者允许风流通过为散热模组200散热，从而形成导体导流的结构，有利于散热以及温度的传导，更便于温度的检测。

根据本发明第二方面实施例的功率系统，如图2-6所示，包括若干个igbt功率元件100、控制驱动模块400以及如上述任一实施例公开的一种igbt功率元件测温结构，控制驱动模块400分别与各个igbt功率元件100、测温部件300连接。

其中，如图4、图5所示，igbt功率元件100可以有两个，从而组成半桥功率单元，或者igbt功率元件100可以有四个，从而组成全桥功率单元，而igbt功率元件100有多个时，igbt功率元件测温结构也有多个并且与igbt功率元件100一一配对。

本发明的功率系统，控制驱动模块400控制各个igbt功率元件100运行，散热模组200设置在igbt功率元件100上以为igbt功率元件100散热，igbt功率元件100的热量传导至散热模组200上，测温模块对散热模组200测温，能够间接地反映出igbt功率元件100的温度，从而控制驱动模块400能够得知igbt功率元件100的温度信息，散热模组200上一般具有绝缘结构，或者在散热模组200上更容易布置绝缘结构，从而便于对测温部件300规格的选取以及布置，能够兼容更高等级的输电拓扑，也使得检测更加可靠稳定。

如图2所示，此处为半桥功率单元的电路图，两个散热模组200以及测温部件300分别装设在igbt功率元件100的放射极，每个igbt功率元件100均对应着一个控制驱动模块400，测温部件300检测温度信息并输入到对应的控制驱动模块400中，各个控制驱动模块400再将信号上传至模块控制板500，模块控制板500再上传至阀控端600，同样地，阀控端600下发控制命令到模块控制板500，再由模块控制板500下发至各个控制驱动模块400中驱动各个igbt功率元件100运行。

同时，半桥功率单元的交流端还并联有旁路开关，旁路开关由旁路驱动模块700驱动，半桥功率单元的直流端与取电模块800连接，取电模块800对半桥功率单元的直流端输出的电能处理后为控制驱动模块400、模块控制板500以及旁路驱动模块700供电。

在本发明的一些实施例中，控制驱动模块400通过双芯屏蔽线与测温部件300连接，从而防止在高压高干扰环境中，外部信号对温度信号的传输造成干扰，同时，控制驱动模块400设置在散热模组200和/或测温部件300的一侧，控制驱动模块400尽量靠近散热模组200和/或测温部件300，缩短温度信号的传输路径，减少干扰，提高温度信号的准确性。

在本发明的一些实施例中，如图3所示，控制驱动模块400包括依次连接的emc单元410、用于对信号滤波整形以形成电压信号的滤波整形单元420、用于将电压信号转化为频率信号的压频转换单元430以及传送单元440，emc单元410与测温部件300连接，传送单元440通过光纤上传带有温度信息的频率信号。

emc单元410用于滤除电磁干扰，一定程度上阻挡外部冲击，滤波整形单元420对输入的温度信号进行处理，形成电压信号，压频转换单元430再将电压信号转换为频率信号上传。

在本发明的一些实施例中，还包括故障检测单元450以及开关检测单元460，故障检测单元450用于检测功率系统的运行状态信息，其中，故障检测单元450可以对igbt短路故障进行检测，也可以对取电模块800的供电状态进行检测，形成相应的运行状态信息，开关检测单元460用于检测igbt功率元件100的开关状态(igbt驱动信号)，传送单元440为分时传送单元或者编码传送单元，传送单元440分别与故障检测单元450以及开关检测单元460连接，分时传送单元则可以根据igbt功率元件100的开关状态在igbt功率元件100的开通状态和关断状态下分别传输功率装置的运行状态信息和带有温度信息的频率信号。

具体地，如图6所示，igbt开关状态反馈中脉冲有效时间为t(ack)，分时传送单元在igbt开通上升沿t(ack)内传送igbt开通脉冲反馈信号，在关断下降沿t(ack)内传送igbt关断脉冲反馈信号，当出现igbt短路故障发生后，反馈脉冲有效时间为td(cfs)，当有效故障信号时间≥t(ack)且≤td(cfs)为igbt短路故障；在igbt功率元件100开通状态传送功率系统的运行状态信息(可包括以上故障信息)，当时有效故障信号时间大于td(cfs)为电源故障信号；而在igbt功率元件100关断状态传送带有温度信息的频率信号，从而简化了传送信号的设计，提高可靠性。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。