高壓多芯片并聯(lián)IGBT模塊故障監(jiān)測(cè)方法
發(fā)布時(shí)間：2021-01-06 15:32
絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）作為電力電子裝置的關(guān)鍵核心器件,其高可靠性是系統(tǒng)長(zhǎng)久穩(wěn)定運(yùn)行的重要保障,對(duì)IGBT模塊進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)是提高系統(tǒng)可靠性的有效方式之一。提出一種新的健康敏感參數(shù)-柵極-發(fā)射極導(dǎo)通前電壓VGE（pre-on）,用于監(jiān)測(cè)高壓多芯片并聯(lián)IGBT模塊中的IGBT芯片故障。首先,對(duì)現(xiàn)有故障監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行比較,然后建立導(dǎo)通前電壓可靠性模型,再通過(guò)監(jiān)測(cè)導(dǎo)通瞬態(tài)期間的VGE（pre-on）來(lái)檢測(cè)高壓多芯片并聯(lián)IGBT模塊中的IGBT芯片故障。為驗(yàn)證該方法的可行性,對(duì)16芯片DIM800NSM33-F IGBT模塊進(jìn)行了仿真,結(jié)果顯示,在不同外部條件下,每個(gè)并聯(lián)IGBT芯片故障所產(chǎn)生的導(dǎo)通前電壓VGE（pre-on）的平均偏移約為900 mV,且具有較高的靈敏度和抗干擾能力,可有效監(jiān)測(cè)IGBT模塊芯片故障。
【文章來(lái)源】：電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2020,34(10)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
柵極-發(fā)射極等效電路
式中:t為時(shí)間;RG為總柵極電阻,RG=RG(int)+RG(ext);Cies為柵極輸入電容,Cies=CGE+CGC。在多芯片IGBT電源模塊中,每個(gè)并聯(lián)的IGBT芯片都具有固有的柵極輸入電容和內(nèi)部柵極電阻,如圖3所示。假設(shè)IGBT模塊有n個(gè)IGBT芯片并聯(lián),則IGBT模塊的總內(nèi)部柵極電阻為RG(int),total(RG(int),total=RG(int)/n),柵極輸入電容為Cies,total(Cies,total=(CGE+CGC)*n),其中RG(int),total和Cies,total為n個(gè)并聯(lián)芯片的集總電阻和總電容。
表2 柵極-發(fā)射極電路參數(shù)Table 2 Gate-emitter circuit parameters 柵極電壓源VGG 柵極內(nèi)部電阻RG(int) 柵極-發(fā)射極極間電容CGE 柵極-集電極極間電容CGC 柵極輸入電容Cies ±15 V 2.16 mΩ 8.862 5 nF 0.137 5 nF 9 nF定義柵極-發(fā)射極電壓VGE在米勒平臺(tái)電壓VGE(pl)和導(dǎo)通電壓VGE(on)過(guò)渡階段為導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)。導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)是在IGBT集電極電流IC導(dǎo)通之前進(jìn)行測(cè)量的,因此不會(huì)受閾值點(diǎn)之后負(fù)載電流變化或器件導(dǎo)通過(guò)程中噪聲的影響。此外,VGE(pre-on)的測(cè)量是在柵極側(cè)而不是在高壓集電極側(cè),因此不需要考慮高壓隔離和高壓絕緣等問(wèn)題,可以使用簡(jiǎn)單低成本的輕量級(jí)電壓傳感器,將其嵌入任何柵極驅(qū)動(dòng)器中。由圖4可知,隨著芯片故障,VGE始終從固定電壓-15 V在t0時(shí)刻開(kāi)始增大,VGE的軌跡也將發(fā)生變化。若在到達(dá)VGE(on)之前的固定延遲時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,電壓則會(huì)隨芯片數(shù)的變化而變化,因此,柵極-發(fā)射極導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)可用作IGBT芯片故障的HSP。這種檢測(cè)方法允許使用計(jì)數(shù)器在達(dá)到VGE(on)之前確定測(cè)量點(diǎn)。該計(jì)數(shù)器由PWM信號(hào)觸發(fā),以同步VGE(pre-on)的測(cè)量。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)最小二乘支持向量機(jī)的IGBT模塊鍵合線(xiàn)狀態(tài)評(píng)估方法研究[J]. 何怡剛,李凱偉,朋張勝,李兵. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]基于IGBT柵極米勒平臺(tái)的新型電流過(guò)載檢測(cè)技術(shù)[J]. 李新昌,徐大偉,朱弘月,程新紅,俞躍輝. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2018(09)
[3]基于滑模觀測(cè)器的MMC IGBT開(kāi)路故障診斷[J]. 柏同楊,汪飛,吳春華,郭慧. 電子測(cè)量技術(shù). 2017(11)
本文編號(hào)：2960824
【文章來(lái)源】：電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2020,34(10)北大核心
【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)
【部分圖文】：
柵極-發(fā)射極等效電路
式中:t為時(shí)間;RG為總柵極電阻,RG=RG(int)+RG(ext);Cies為柵極輸入電容,Cies=CGE+CGC。在多芯片IGBT電源模塊中,每個(gè)并聯(lián)的IGBT芯片都具有固有的柵極輸入電容和內(nèi)部柵極電阻,如圖3所示。假設(shè)IGBT模塊有n個(gè)IGBT芯片并聯(lián),則IGBT模塊的總內(nèi)部柵極電阻為RG(int),total(RG(int),total=RG(int)/n),柵極輸入電容為Cies,total(Cies,total=(CGE+CGC)*n),其中RG(int),total和Cies,total為n個(gè)并聯(lián)芯片的集總電阻和總電容。
表2 柵極-發(fā)射極電路參數(shù)Table 2 Gate-emitter circuit parameters 柵極電壓源VGG 柵極內(nèi)部電阻RG(int) 柵極-發(fā)射極極間電容CGE 柵極-集電極極間電容CGC 柵極輸入電容Cies ±15 V 2.16 mΩ 8.862 5 nF 0.137 5 nF 9 nF定義柵極-發(fā)射極電壓VGE在米勒平臺(tái)電壓VGE(pl)和導(dǎo)通電壓VGE(on)過(guò)渡階段為導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)。導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)是在IGBT集電極電流IC導(dǎo)通之前進(jìn)行測(cè)量的,因此不會(huì)受閾值點(diǎn)之后負(fù)載電流變化或器件導(dǎo)通過(guò)程中噪聲的影響。此外,VGE(pre-on)的測(cè)量是在柵極側(cè)而不是在高壓集電極側(cè),因此不需要考慮高壓隔離和高壓絕緣等問(wèn)題,可以使用簡(jiǎn)單低成本的輕量級(jí)電壓傳感器,將其嵌入任何柵極驅(qū)動(dòng)器中。由圖4可知,隨著芯片故障,VGE始終從固定電壓-15 V在t0時(shí)刻開(kāi)始增大,VGE的軌跡也將發(fā)生變化。若在到達(dá)VGE(on)之前的固定延遲時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量,電壓則會(huì)隨芯片數(shù)的變化而變化,因此,柵極-發(fā)射極導(dǎo)通前電壓VGE(pre-on)可用作IGBT芯片故障的HSP。這種檢測(cè)方法允許使用計(jì)數(shù)器在達(dá)到VGE(on)之前確定測(cè)量點(diǎn)。該計(jì)數(shù)器由PWM信號(hào)觸發(fā),以同步VGE(pre-on)的測(cè)量。
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]基于改進(jìn)最小二乘支持向量機(jī)的IGBT模塊鍵合線(xiàn)狀態(tài)評(píng)估方法研究[J]. 何怡剛,李凱偉,朋張勝,李兵. 電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào). 2019(09)
[2]基于IGBT柵極米勒平臺(tái)的新型電流過(guò)載檢測(cè)技術(shù)[J]. 李新昌,徐大偉,朱弘月,程新紅,俞躍輝. 儀器儀表學(xué)報(bào). 2018(09)
[3]基于滑模觀測(cè)器的MMC IGBT開(kāi)路故障診斷[J]. 柏同楊,汪飛,吳春華,郭慧. 電子測(cè)量技術(shù). 2017(11)
本文編號(hào)：2960824
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