CN110632490A 一种igbt模块状态监测装置及方法 （清华大学）

通过将监测的实际栅极开通电压过冲与预先设2所述栅极开通电压过冲监测模块包括电压采样电路所述驱动电路包括驱动电源和驱动电阻，所述驱动电源通过驱所述键合线状态判断模块通过判断所述实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通电压所述信号采集模块将采集的信号传输给所述键合线状所述比较器用于判断所述实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通电压过冲阈值Vg_p的还包括锁存器，连接于所述比较器的输出，用于对栅极开所述计数器用于记录不同比较器的翻转次数，以判断对极与IGBT模块中汇流铜排之间的键合线，n为键合线条数，m为断裂或脱落的键合线数量，Ls_e为IGBT芯片的发射极到驱动电源负极之间键合线的等效寄生电感，Lg为IGBT芯片栅极集射极电流以及不同温度的运行状态下所对应的参考栅极开通电压3实时测量所述IGBT模块中IGBT的栅极和发射将所述实际栅极开通电压过冲和参考栅极开通电压过冲阈值进行比较，得到比较结在不同母线电压、集电极电流以及温度的情况下对栅极开通通过多点拟合或者构建数据表的方式给出Vg_mil和与母线电压、集射极电流以及温再通过下述公式1计算得到不同键合线断裂数量在不同母线电压、集射极电流以及不极与IGBT模块中汇流铜排之间的键合线，n为键合线条数，m为断裂或脱落的键合线数量，Ls_e为IGBT的发射极到驱动电源负极之间键合线的等效寄生电感，Lg为IGBT内部芯片栅极9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于设置n个比较器，n为键合线的数量，第m个比较将所述驱动电源的驱动信号连接至所述锁存器的复位端，以4线的可靠性监测，对于避免电力电子变换器发生灾难性故障而造成重大损失具有重要意[0004]国内外学者关于IGBT模块温度的监测进行了大量的研究，所提出的方法主要分[0005]基于短路电流的监测具有非常好的效果，但是该方法对栅极驱于栅极开通电压与电流的动态变化虽然在键合线失效以后存在差异，但是很难定量描述，[0006]本发明的目的在于针对现有技术的问题，提出一种IGBT模块状态监测装置和方[0009]所述栅极开通电压过冲监测模块包括电压采样电路，用于测量所述IGBT模块中5[0011]所述键合线状态判断模块通过判断所述实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通[0014]所述比较器用于判断所述实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通电压过冲阈值再通过上述公式1计算得到不同键合线断裂数量在不同母线电压、集射极电流以及不同温6[0031]通过多点拟合或者构建数据表的方式给出Vg_mil和与[0032]再通过下述公式1计算得到不同键合线断裂数量在不同母线电压、集射极电流以及不同温度的运行状态下所对应的参考栅极开通[0035]进一步的，将所述实际栅极开通电压过冲和参考栅极开通电压过冲阈值进行比栅极开通电压过冲＞第m个参考栅极开通电压过冲阈值，则翻转第1～m个比较器的输出电开通电压过冲与预先设定的参考栅极开通电压过冲阈值进行比较，得出键合线断裂的情7线状态判断模块4通过判断所述实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通电压过冲阈值Vg_p低的透明硅脂进行填充。一般IGBT模块的功率损耗基本由铜基板下部铜层通过散热器散[0055]图3是考虑IGBT内部键合线的分布式驱动等效电路，该电路中考虑IGBT的寄生电[0058]式中l表示键合线的长度，d表示键合线的直径。则包含n健康键合线并联的电路8[0060]Vbus是直流母线电压，IL是流过负载的电流，该电流将在IGBT完全开通后，流过[0061]图5是IGBT开通时的关键波形(包含集射极电压vce、集电极电流ic以及栅极电压9些信号通过解析法或者查表法实时设定参考栅极[0069]一般IGBT的开通集电极电流变化率高达1000A/us以上，所以随着键合线断裂栅极电源通过驱动电阻Rg_on给栅极输入电容充电至栅实际栅极开通电压过冲与参考栅极开通电压过冲阈值Vg_p的大小关系，并将判断结果发送[0077]本发明的第二方面提供了一种IGBT模块状态监测方法，如图6所示，包括如下步栅极开通电压过冲＞第m个参考栅极开通电压过冲阈值，则翻转第1～m个比较器的输出电[0091]图7是键合线状态监测判断逻辑电路。密勒平台前的驱动开通电压信号过冲是实同键合线断裂数量的IGBT对应不同的参考栅极开通电压过冲阈值Vg_p。参考选择逻辑是栅将监测的结果(m根键合线断裂判断结果)汇总输入至处理器(具体的可选择DSP或MCU)，由对每个IGBT功率键合线进行这样的判