IGBT模塊在線監(jiān)測方法與流程

本發(fā)明涉及一種電力設(shè)備檢測方法，尤其涉及一種IGBT模塊在線監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

隨著全球能源危機(jī)以及日益嚴(yán)重的環(huán)境問題，推動新能源技術(shù)的發(fā)展，近年來，電力電子裝置在新能源應(yīng)用中發(fā)揮越來越重要的作用，特別是在風(fēng)電、太陽能發(fā)電、電動汽車、電子照明等現(xiàn)代工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，使得人們對電力電子系統(tǒng)的可靠性研究也越來越重視。

在電力電子裝置中，IGBT模塊是功率變流器的關(guān)鍵器件之一，在工業(yè)應(yīng)用中超過20％的變流器故障是由IGBT模塊老化引起的，嚴(yán)重影響了電力電子系統(tǒng)的可靠性，功率變流器中的IGBT模塊隨著投入使用時(shí)間的增長，其健康水平越來越低。

IGBT模塊的健康水平與自身的寄生參數(shù)相關(guān)，因此可以通過監(jiān)測IGBT模塊的寄生參數(shù)的變化來判斷器件的老化狀態(tài)，從而可以制定合理的變流器維護(hù)計(jì)劃，然而現(xiàn)有技術(shù)對IGBT模塊的狀態(tài)監(jiān)測方法較為復(fù)雜，成本較高，并且需要停機(jī)或者拆卸IGBT模塊；停機(jī)檢修會造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，拆卸工作也會對IGBT模塊造成一定的傷害，從而影響監(jiān)測精度。

為了解決上述技術(shù)問題，需要提出一種新的IGBT模塊的在線監(jiān)測方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種IGBT模塊在線監(jiān)測方法，能夠在不停機(jī)、不拆卸的情況下對IGBT模塊的老化狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，從而準(zhǔn)確判斷IGBT模塊的老化狀態(tài)，有效避免停機(jī)檢測造成的經(jīng)濟(jì)損失以及拆卸IGBT模塊造成損壞而影響測量精度，降低變流器等含有IGBT模塊設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，提高設(shè)備的可靠性。

本發(fā)明提供的一種IGBT模塊在線監(jiān)測方法，包括待測IGBT模塊和至少一個測試IGBT模塊；所述待測IGBT模塊和測試IGBT模塊組成橋式電路，并根據(jù)如下方法測試待測IGBT模塊的老化狀態(tài)：

向待測IGBT模塊輸入短路驅(qū)動電壓V_GT并控制待測IGBT模塊工作在電流飽和狀態(tài)，且向測試IGBT模塊輸入工作驅(qū)動電壓V_H使測試IGBT模塊正常工作；

偵測待測IGBT模塊的在電流飽和狀態(tài)下的短路電流值，根據(jù)短路電流值判斷待測IGBT模塊的老化狀態(tài)。

進(jìn)一步，還包括控制器和IGBT驅(qū)動電路，所述IGBT驅(qū)動電路的個數(shù)與IGBT的個數(shù)相等；其中，IGBT驅(qū)動電路具有兩個信號輸入端口和一個輸出端口，兩個信號輸入端口包括工作信號端口和短路信號端口，所述控制器與IGBT驅(qū)動電路的兩個輸入端口連接，IGBT驅(qū)動電路的輸出端口向各IGBT模塊輸出驅(qū)動信號。

進(jìn)一步，在待測IGBT模塊關(guān)斷時(shí)，且在待測IGBT模塊所在橋臂的測試IGBT導(dǎo)通時(shí)，控制器輸出短路測試信號TS到待測IGBT模塊所對應(yīng)的驅(qū)動電路，控制待測IGBT模塊的回路短路。

進(jìn)一步，短路測試信號持續(xù)時(shí)間為2-10μs。

進(jìn)一步，控制器向IGBT驅(qū)動電路輸入工作信號CS時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出正常驅(qū)動電壓V_H控制IGBT模塊正常導(dǎo)通；

控制器向IGBT驅(qū)動電路輸入短路測試信號TS時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出可調(diào)且低于正常驅(qū)動電壓V_H的短路驅(qū)動電壓V_GT控制待測IGBT模塊短路；

當(dāng)無工作信號CS且無短路測試信號TS輸入時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出負(fù)電壓V_L使IGBT正常關(guān)斷。

進(jìn)一步，所述短路驅(qū)動電壓幅值V_GT根據(jù)待測IGBT模塊的傳輸特性曲線確定，具體如下：

測試待測IGBT模塊在不同結(jié)溫狀態(tài)下的傳輸特性曲線，找到待測IGBT模塊短路電流不受結(jié)溫影響時(shí)所對應(yīng)的門極驅(qū)動電壓，選取該門極驅(qū)動電壓或大于該門極驅(qū)動電壓并小于IGBT模塊正常工作時(shí)的門極驅(qū)動電壓的電壓值為短路驅(qū)動電壓V_GT。

進(jìn)一步，所述方法應(yīng)用于變流器或者包括IGBT模塊的設(shè)備中。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的IGBT模塊在線監(jiān)測方法，能夠在不停機(jī)、不拆卸的情況下對IGBT模塊的老化狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，從而準(zhǔn)確判斷IGBT模塊的老化狀態(tài)，有效避免停機(jī)檢測造成的經(jīng)濟(jì)損失以及拆卸IGBT模塊造成損壞而影響測量精度，降低變流器等含有IGBT模塊設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，提高設(shè)備的可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述：

圖1為本發(fā)明的測試結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的IGBT驅(qū)動電壓示意圖。

圖3為IGBT的傳輸特性曲線示意圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的測試結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為本發(fā)明的IGBT驅(qū)動電壓示意圖，圖3為IGBT的傳輸特性曲線示意圖。如圖所示，本發(fā)明提供的一種IGBT模塊在線監(jiān)測方法，包括待測IGBT模塊和至少一個測試IGBT模塊；所述待測IGBT模塊和測試IGBT模塊組成橋式電路，并根據(jù)如下方法測試待測IGBT模塊的老化狀態(tài)：

向待測IGBT模塊輸入短路驅(qū)動電壓V_GT并控制待測IGBT模塊工作在電流飽和狀態(tài)，且向測試IGBT模塊輸入工作驅(qū)動電壓V_H使測試IGBT模塊正常工作；

偵測待測IGBT模塊的在電流飽和狀態(tài)下的短路電流值，根據(jù)短路電流值判斷待測IGBT模塊的老化狀態(tài)，當(dāng)偵測到的待測IGBT模塊短路電流值比待測IGBT模塊全新狀態(tài)時(shí)短路電流值小，說明待測IGBT模塊發(fā)生老化，比如通過老化程度-短路電流值對照表來判斷IGBT模塊的老化狀態(tài)，從而準(zhǔn)確確定IGBT模塊的老化程度，當(dāng)短路電流減小量超過設(shè)定值時(shí)，用新的IGBT模塊替換變流器中已經(jīng)老化的待測IGBT模塊。通過上述方法，能夠在不停機(jī)、不拆卸的情況下對IGBT模塊的老化狀態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確監(jiān)測，從而準(zhǔn)確判斷IGBT模塊的老化狀態(tài)，有效避免停機(jī)檢測造成的經(jīng)濟(jì)損失以及拆卸IGBT模塊造成損壞而影響測量精度，降低變流器等含有IGBT模塊設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本，提高設(shè)備的可靠性。當(dāng)然，也可以在停機(jī)或者設(shè)備啟動過程中進(jìn)行IGBT模塊的老化狀態(tài)監(jiān)測，適應(yīng)性強(qiáng)。

本實(shí)施例中，還包括控制器和IGBT驅(qū)動電路，所述IGBT驅(qū)動電路的個數(shù)與IGBT的個數(shù)相等；其中，IGBT驅(qū)動電路具有兩個信號輸入端口和一個輸出端口，兩個信號輸入端口包括工作信號端口和短路信號端口，所述控制器與IGBT驅(qū)動電路的兩個輸入端口連接，IGBT驅(qū)動電路的輸出端口向各IGBT模塊輸出驅(qū)動信號，如圖1所示，TS為IGBT驅(qū)動電路的短路信號端口，CS為IGBT驅(qū)動電路的工作信號端口，VO為輸出端口，當(dāng)控制器輸出工作信號CS時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出為約+15V的驅(qū)動電壓V_H，控制IGBT工作在正常導(dǎo)通狀態(tài)，控制器向IGBT驅(qū)動電路輸入短路測試信號TS時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出可調(diào)且低于正常驅(qū)動電壓V_H的短路驅(qū)動電壓V_GT控制待測IGBT模塊短路；當(dāng)無工作信號CS且無短路測試信號TS輸入時(shí)，IGBT驅(qū)動電路輸出負(fù)電壓V_L使IGBT正常關(guān)斷，通過上述方式，能夠保證對待測IGBT模塊測試的準(zhǔn)確性，而且提高測試效率，以圖1中的實(shí)施例為例，圖1中，四個IGBT模塊組成橋式電路，Q1為待測IGBT模塊，Q2為測試IGBT模塊，其中,Q1和Q2在同一橋壁，Q3和Q4在同一橋壁；S1為待測IGBT模塊Q1的驅(qū)動電路，S2、S3、S4分別為IGBT模塊Q2、Q3以及Q4的驅(qū)動電路，待測IGBT模塊與測試IGBT模塊的驅(qū)動電壓如圖2所示,在t0時(shí)刻對待測IGBT模塊Q1進(jìn)行在線狀態(tài)監(jiān)測。

本實(shí)施例中，在待測IGBT模塊關(guān)斷時(shí)，且在待測IGBT模塊所在橋臂的測試IGBT導(dǎo)通時(shí)，控制器輸出短路測試信號到待測IGBT所對應(yīng)的驅(qū)動電路，控制待測IGBT模塊的回路短路，通過這種方式，能夠確保對IGBT模塊測試的準(zhǔn)確性。

本實(shí)施例中，短路測試信號持續(xù)時(shí)間為2-10μs，通過這種方式，既能夠保證準(zhǔn)確采集到IGBT模塊的短路電流，又能夠保證IGBT模塊不會因短路測試而損壞，并且不會影響到功率變流器的正常工作。

本實(shí)施例中，所述短路驅(qū)動電壓V_GT的幅值根據(jù)待測IGBT模塊的傳輸特性曲線確定，具體如下：

測試待測IGBT模塊在不同結(jié)溫狀態(tài)下的傳輸特性曲線，找到待測IGBT模塊短路電流不受結(jié)溫影響時(shí)所對應(yīng)的門極驅(qū)動電壓，選取該門極驅(qū)動電壓或大于該門極驅(qū)動電壓并小于IGBT模塊正常工作時(shí)的門極驅(qū)動電壓的電壓值為短路驅(qū)動電壓V_GT，待測IGBT模塊的傳輸特性曲線如圖3所示，不同結(jié)溫條件下的傳輸特性曲線存在一個交叉點(diǎn)，在選取這個交叉點(diǎn)所對應(yīng)的門極驅(qū)動電壓時(shí)IGBT的短路電流不受芯片結(jié)溫的影響，因此，選取該點(diǎn)對應(yīng)的電壓值為短路驅(qū)動電壓V_GT或者大于該點(diǎn)對應(yīng)的電壓值的電壓作為短路驅(qū)動電壓V_GT，但是，選取大于該交叉點(diǎn)對應(yīng)的電壓值的電壓時(shí)，應(yīng)當(dāng)小于IGBT模塊正常工作室的門極驅(qū)動電壓，通過這種方式，能夠確保最終測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，而且能夠?qū)Ρ欢搪返拈_關(guān)管形成有效的保護(hù)。

本實(shí)施例中，所述方法應(yīng)用于變流器或者包括IGBT模塊的設(shè)備中。

最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。