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)長久穩(wěn)定運行的重要保障,對IGBT模塊進(jìn)行故障監(jiān)測是提高系統(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V_{GE（pre-on）},用于監(jiān)測高壓多芯片并聯(lián)IGBT模塊中的IGBT芯片故障。首先,對現(xiàn)有故障監(jiān)測方法進(jìn)行比較,然后建立導(dǎo)通前電壓可靠性模型,再通過監(jiān)測導(dǎo)通瞬態(tài)期間的V_{GE（pre-on）}來檢測高壓多芯片并聯(lián)IGBT模塊中的IGBT芯片故障。為驗證該方法的可行性,對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,每個并聯(lián)IGBT芯片故障所產(chǎn)生的導(dǎo)通前電壓V_{GE（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IGBT模塊芯片故障。 

【文章來源】：電子測量與儀器學(xué)報. 2020,34(10)北大核心

【文章頁數(shù)】：9 頁

【部分圖文】：

柵極-發(fā)射極等效電路

式中:t為時間;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在米勒平臺電壓VGE(pl)和導(dǎo)通電壓VGE(on)過渡階段為導(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)行測量的,因此不會受閾值點之后負(fù)載電流變化或器件導(dǎo)通過程中噪聲的影響。此外,VGE(pre-on)的測量是在柵極側(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題,可以使用簡單低成本的輕量級電壓傳感器,將其嵌入任何柵極驅(qū)動器中。由圖4可知,隨著芯片故障,VGE始終從固定電壓-15 V在t0時刻開始增大,VGE的軌跡也將發(fā)生變化。若在到達(dá)VGE(on)之前的固定延遲時間點進(jìn)行測量,電壓則會隨芯片數(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。這種檢測方法允許使用計數(shù)器在達(dá)到VGE(on)之前確定測量點。該計數(shù)器由PWM信號觸發(fā),以同步VGE(pre-on)的測量。

【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模塊鍵合線狀態(tài)評估方法研究[J]. 何怡剛,李凱偉,朋張勝,李兵.  電子測量與儀器學(xué)報. 2019(09)
[2]基于IGBT柵極米勒平臺的新型電流過載檢測技術(shù)[J]. 李新昌,徐大偉,朱弘月,程新紅,俞躍輝.  儀器儀表學(xué)報. 2018(09)
[3]基于滑模觀測器的MMC IGBT開路故障診斷[J]. 柏同楊,汪飛,吳春華,郭慧.  電子測量技術(shù). 2017(11)



本文編號：2960824