本發(fā)明涉及一種檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

絕緣柵雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，簡(jiǎn)稱IGBT)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)中，是能源變換與傳輸?shù)暮诵钠骷?，比如?yīng)用到軌道交通、電網(wǎng)、航空以及電動(dòng)汽車等領(lǐng)域中。

IGBT在工作過(guò)程中，由于長(zhǎng)時(shí)間處于功率大范圍隨機(jī)波動(dòng)的工況下，造成IGBT器件的內(nèi)部結(jié)溫持續(xù)大范圍波動(dòng)，進(jìn)而使IGBT出現(xiàn)老化失效的狀況，如不能及時(shí)檢測(cè)到IGBT器件的老化狀態(tài)并對(duì)老化的IGBT進(jìn)行替換，將會(huì)造成重大損失，對(duì)于IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)判斷一般是通過(guò)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的飽和壓降Vce實(shí)現(xiàn)的，現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)IGBT飽和導(dǎo)通時(shí)注入電流，然后測(cè)量IGBT的飽和壓降Vce，因此，現(xiàn)有的技術(shù)存在如下缺點(diǎn)：在測(cè)量過(guò)程中以一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)作為老化參數(shù)來(lái)判斷IGBT的老化狀態(tài)，穩(wěn)定性差，IBGT在長(zhǎng)期的工作過(guò)程中，很難保持每次測(cè)量能夠準(zhǔn)確檢測(cè)到集電極電流，為了能夠保證集電極電流和集電極與發(fā)射極的飽和壓降Vce，必須采用精密儀器，從而造成成本高昂。

因此，需要提出一種新的IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)τ贗GBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce進(jìn)行連續(xù)變化測(cè)量，從而能夠準(zhǔn)確判斷IGBT的老化狀態(tài)，穩(wěn)定性好，成本低廉。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供以一種IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)τ贗GBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce進(jìn)行連續(xù)變化測(cè)量，從而能夠準(zhǔn)確判斷IGBT的老化狀態(tài)，穩(wěn)定性好，成本低廉。

本發(fā)明提供的一種IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)試電源、測(cè)試IGBT、可輸出連續(xù)變化電流的可變驅(qū)動(dòng)電路、導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路、采集單元以及上位主機(jī)；

所述測(cè)試IGBT的發(fā)射極與待測(cè)IGBT的集電極連接，測(cè)試IGBT的集電極與測(cè)試電源的正極連接，測(cè)試電源的負(fù)極與待測(cè)IGBT的發(fā)射極連接，所述可變驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與測(cè)試IGBT的柵極連接，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與待測(cè)IGBT的柵極連接，所述采集單元采集待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce以及集電極電流Ic并輸出到上位主機(jī)。

進(jìn)一步，所述可變驅(qū)動(dòng)電路包括隔離輸入電路、信號(hào)處理電路以及輸出電路，所述隔離輸入電路的輸入端與脈沖電源連接，所述隔離輸入電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述信號(hào)處理電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端連接于測(cè)試IGBT的柵極。

進(jìn)一步，所述隔離輸入電路包括電阻R1、電容C1、電阻R2以及光耦U1；

所述電阻R1和電容C1并聯(lián)后的一端作為隔離輸入電路的輸入端與脈沖電源連接，另一端與光耦U1的發(fā)光二極管的正極連接，光耦U1的發(fā)光二極管的負(fù)極接地，光耦U1的光敏二極管的正極通過(guò)電阻R2與光耦U1的三極管的集電極連接，光耦U1的光敏二極管的負(fù)極與光耦U1的三極管的基極連接，光耦U1的三極管的集電極作為隔離輸入電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述光耦U1的三極管的發(fā)射極接地。

進(jìn)一步，所述輸出電路包括三極管Q1、三極管Q2、電阻R3、電阻R4以及電容C2，其中三極管Q2為PNP型三極管；

所述三極管Q1和三極管Q2的基極連接作為輸出電路的輸入端與信號(hào)處理電路連接，所述三極管Q1的集電極接12V電源，三極管Q1的發(fā)射極與三極管Q2的發(fā)射極連接，三極管Q2的集電極接-5V電源，電阻R3的一端與三極管Q1的發(fā)射極連接，另一端作為輸出電路的輸出端與測(cè)試IGBT的柵極連接，電阻 R3作為輸出端的一端通過(guò)電阻R4和電容C2并聯(lián)后接地。

進(jìn)一步，所述采集單元包括用于采集待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的電壓Vce的電壓采集電路、用于采集待測(cè)IGBT的集電極電流Ic的電流采集電路以及數(shù)據(jù)采集卡，所述電壓采集電路和電流采集電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與上位主機(jī)連接。

本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)τ贗GBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce進(jìn)行連續(xù)變化測(cè)量，從而能夠準(zhǔn)確判斷IGBT的老化狀態(tài)，穩(wěn)定性好，成本低廉。

附圖說(shuō)明

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

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖。

圖2為本發(fā)明的可變驅(qū)動(dòng)電路的原理圖。

圖3為本發(fā)明的可變驅(qū)動(dòng)電路輸出波形圖。

圖4為本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果波形圖。

圖5為本發(fā)明的待測(cè)IBGT特性曲線對(duì)比圖。

具體實(shí)施方式

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖，圖2為本發(fā)明的可變驅(qū)動(dòng)電路的原理圖，圖3為本發(fā)明的可變驅(qū)動(dòng)電路輸出波形圖，圖4為本發(fā)明的測(cè)量結(jié)果波形圖，圖5為本發(fā)明的待測(cè)IBGT特性曲線對(duì)比圖，如圖所示，本發(fā)明提供的一種IGBT老化狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)，包括測(cè)試電源、測(cè)試IGBT、可輸出連續(xù)變化電流的可變驅(qū)動(dòng)電路、導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路、采集單元以及上位主機(jī)；

所述測(cè)試IGBT的發(fā)射極與待測(cè)IGBT的集電極連接，測(cè)試IGBT的集電極與測(cè)試電源的正極連接，測(cè)試電源的負(fù)極與待測(cè)IGBT的發(fā)射極連接，所述可變驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與測(cè)試IGBT的柵極連接，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與待測(cè)IGBT的柵極連接，所述采集單元采集待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce 以及集電極電流Ic并輸出到上位主機(jī)，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)τ贗GBT的集電極和發(fā)射極之間的壓降Vce進(jìn)行連續(xù)變化測(cè)量，從而能夠準(zhǔn)確判斷IGBT的老化狀態(tài)，穩(wěn)定性好，成本低廉；其中，測(cè)試電源為現(xiàn)有的直流電源，一般設(shè)定為輸出20V直流電壓，為了保證測(cè)試電源輸出穩(wěn)定性，在測(cè)試電源的正負(fù)極之間連接一個(gè)電容C3，該電容的作用是給測(cè)試IGBT和待測(cè)IGBT通路瞬間放電的，也就是在短時(shí)間內(nèi)提供足夠的電流過(guò)待測(cè)IGBT通路，導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路為現(xiàn)有的驅(qū)動(dòng)電路，用于驅(qū)動(dòng)待測(cè)IGBT導(dǎo)通。

當(dāng)本發(fā)明應(yīng)用到變流器中時(shí)，由于變流器本身具有IGBT的橋壁，因此，無(wú)需再增加測(cè)試IGBT，只需將某一橋壁的IGBT作為測(cè)試IGBT，對(duì)另一IGBT進(jìn)行檢測(cè)即可，測(cè)試電源的電容C3可以通過(guò)母線電容替代。

本實(shí)施例中，所述可變驅(qū)動(dòng)電路包括隔離輸入電路、信號(hào)處理電路以及輸出電路，所述隔離輸入電路的輸入端與脈沖電源連接，所述隔離輸入電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述信號(hào)處理電路的輸出端與輸出電路的輸入端連接，輸出電路的輸出端連接于測(cè)試IGBT的柵極。

其中，所述隔離輸入電路包括電阻R1、電容C1、電阻R2以及光耦U1；

所述電阻R1和電容C1并聯(lián)后的一端作為隔離輸入電路的輸入端與脈沖電源連接，另一端與光耦U1的發(fā)光二極管的正極連接，光耦U1的發(fā)光二極管的負(fù)極接地，光耦U1的光敏二極管的正極通過(guò)電阻R2與光耦U1的三極管的集電極連接，光耦U1的光敏二極管的負(fù)極與光耦U1的三極管的基極連接，光耦U1的三極管的集電極作為隔離輸入電路的輸出端與信號(hào)處理電路的輸入端連接，所述光耦U1的三極管的發(fā)射極接地，通過(guò)這種結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⑤敵鲭娐放c脈沖電源之間隔離，從而有效防止了脈沖電源對(duì)IGBT測(cè)量的影響。

所述輸出電路包括三極管Q1、三極管Q2、電阻R3、電阻R4以及電容C2，其中三極管Q2為PNP型三極管；

所述三極管Q1和三極管Q2的基極連接作為輸出電路的輸入端與信號(hào)處理電路連接，所述三極管Q1的集電極接12V電源，三極管Q1的發(fā)射極與三極管Q2的發(fā)射極連接，三極管Q2的集電極接-5V電源，電阻R3的一端與三極管Q1 的發(fā)射極連接，另一端作為輸出電路的輸出端與測(cè)試IGBT的柵極連接，電阻R3作為輸出端的一端通過(guò)電阻R4和電容C2并聯(lián)后接地，脈沖電源采用現(xiàn)有的可控脈沖電源，即脈沖電源的輸出可設(shè)定，在實(shí)際測(cè)量中，可將脈沖信號(hào)的脈寬設(shè)定為320us，當(dāng)脈沖電源輸出脈沖信號(hào)到可變驅(qū)動(dòng)電路中，通過(guò)信號(hào)處理電路進(jìn)行反相、比較等處理后輸出到測(cè)試IGBT；

導(dǎo)通驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)待測(cè)IGBT導(dǎo)通，當(dāng)脈沖信號(hào)為高電平時(shí)，測(cè)試IGBT導(dǎo)通，測(cè)試電源向測(cè)試IGBT和待測(cè)IGBT供電，待測(cè)IGBT是一直處于完全導(dǎo)通狀態(tài)的，即工作在飽和導(dǎo)通區(qū)，此時(shí)可測(cè)得待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的飽和壓降Vce，當(dāng)脈沖信號(hào)為低電平時(shí)，可變驅(qū)動(dòng)電路被關(guān)斷，由于電容C2的作用，所以待測(cè)IGBT的柵極電壓會(huì)從11V開始連續(xù)下降，進(jìn)而導(dǎo)致流過(guò)測(cè)試IGBT的電流也是連續(xù)下降的，待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的飽和壓降Vce開始逐漸下降，并且流過(guò)待測(cè)IGBT的集電極電流Ic也逐漸下降，從而形成連續(xù)變化的Vce和Ic，如圖4所示,圖4中的縱坐標(biāo)從左到右依次為Ic坐標(biāo)軸、Vge坐標(biāo)軸和Vce坐標(biāo)軸。

本實(shí)施例中，所述采集單元包括用于采集待測(cè)IGBT的集電極和發(fā)射極之間的電壓Vce的電壓采集電路、用于采集待測(cè)IGBT的集電極電流Ic的電流采集電路以及數(shù)據(jù)采集卡，所述電壓采集電路和電流采集電路的輸出端與數(shù)據(jù)采集卡連接，數(shù)據(jù)采集卡的輸出端與上位主機(jī)連接，電壓采集電路和電流采集電路為現(xiàn)有電路，在此不加以贅述，上位主機(jī)通過(guò)Vce和Ic擬合形成IGBT的老化特性曲線，也即IGBT輸出特性曲線，如圖4所示，待測(cè)IGBT的Vce和Ic的變化狀態(tài)均為連續(xù)變化，因此，不會(huì)出現(xiàn)當(dāng)只測(cè)量某一個(gè)I_C下的V_CE時(shí)，會(huì)因?yàn)镮_C的波動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的不準(zhǔn)確，從而確保老化狀態(tài)的判斷的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，圖5為待測(cè)IGBT老化前后的對(duì)比圖，從該圖即可明確判斷待測(cè)IGBT的老化狀態(tài)。

最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)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(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)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。