本發(fā)明涉及一種IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置。

背景技術(shù)：

因?yàn)殚_(kāi)關(guān)速度快、導(dǎo)通損耗低、通流能力強(qiáng)，IGBT在各類(lèi)高功率電力電子變換器中獲得了廣泛的應(yīng)用。作為變換器中的核心器件，IGBT的可靠性直接關(guān)系到電力電子變換器的可靠性。研究表明，31％的電力電子變換器失效是由電力電子器件的失效而引起的；其中，60％的電力電子器件失效由過(guò)溫導(dǎo)致；而且，電力電子器件的結(jié)溫每升高10℃，器件失效的概率便增大一倍。

結(jié)溫過(guò)高會(huì)導(dǎo)致多方面的問(wèn)題。結(jié)溫較高時(shí)，器件的耐壓能力下降，容易引起器件過(guò)壓擊穿而失效；結(jié)溫較高時(shí)，器件內(nèi)部各材料之間熱應(yīng)力增大，容易引起焊層松動(dòng)和鍵合線斷裂，從而導(dǎo)致器件失效。因此，對(duì)IGBT工作過(guò)程中的結(jié)溫進(jìn)行檢測(cè)對(duì)于提高IGBT可靠性至關(guān)重要。

目前，IGBT的結(jié)溫測(cè)量裝置主要分為三大類(lèi)。

第一類(lèi)裝置基于熱電偶和熱電阻等接觸式溫度傳感器，通過(guò)檢測(cè)熱電阻、熱電偶的變化來(lái)推算IGBT的結(jié)溫。此類(lèi)裝置的主要缺點(diǎn)在于熱電阻和熱電偶的響應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，無(wú)法快速地反映IGBT結(jié)溫的變化，僅在穩(wěn)態(tài)情況下可以獲得較高的精度。

第二類(lèi)裝置是非接觸式的，其典型代表是紅外線熱成像儀。紅外線熱成像儀精度較高，使用簡(jiǎn)單；但其主要缺點(diǎn)是僅僅能檢測(cè)器件表面的溫度，如果要檢測(cè)結(jié)溫，必須人為去掉器件的外殼；所以，此類(lèi)方法并不適用于結(jié)溫在線測(cè)量。

第三類(lèi)裝置利用器件本身的熱敏感電參數(shù)測(cè)量結(jié)溫。典型的熱敏感電參數(shù)包括IGBT的飽和壓降、開(kāi)通閾值電壓、米勒平臺(tái)電壓的峰值、米勒平臺(tái)的持續(xù)時(shí)間、開(kāi)通延遲時(shí)間和關(guān)斷延遲時(shí)間等?；跍y(cè)量IGBT飽和壓降或開(kāi)通閾值電壓的IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置，只能在IGBT停止正常工作時(shí)測(cè)量結(jié)溫，測(cè)量很不方便；基于測(cè)量米勒平臺(tái)電壓的峰值、米勒平臺(tái)的持續(xù)時(shí)間或開(kāi)通延遲時(shí)間的IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置，測(cè)量結(jié)果的靈敏度很低，準(zhǔn)確性較差。研究表明，IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間與結(jié)溫之間的關(guān)系最為線性，靈敏度也最高。但目前為止，還沒(méi)有基于測(cè)量IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間的IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置的缺點(diǎn)，提出一種IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置。本發(fā)明通過(guò)在IGBT工作過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間和IGBT的集電極電流推算IGBT的結(jié)溫。

本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明測(cè)量裝置包括電源電路、DSP控制器、電壓采集電路、電流采集電路、電壓基準(zhǔn)電路、信號(hào)處理電路和隔離電路。所述的電源電路分別與DSP控制器、電壓采集電路、電流采集電路、電壓基準(zhǔn)電路、信號(hào)處理電路和隔離電路連接。所述的電壓采集電路的一端連接被測(cè)IGBT，電壓采集電路的另一端連接信號(hào)處理電路。所述的電流采集電路的一端與DSP控制器連接，電流采集電路的另一端與被測(cè)IGBT連接。所述的電壓基準(zhǔn)電路與信號(hào)處理電路連接。所述的信號(hào)處理電路分別與電壓采集電路、電壓基準(zhǔn)電路和隔離電路連接。所述隔離電路的一端連接信號(hào)處理電路，隔離電路的另一端連接DSP控制器。

電源電路為DSP控制器、電壓采集電路、電流采集電路、電壓基準(zhǔn)電路、信號(hào)處理電路和隔離電路供電。電壓采集電路實(shí)時(shí)采集被測(cè)IGBT的集電極與發(fā)射極之間的電壓和門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓。電流采集電路實(shí)時(shí)采集被測(cè)IGBT的集電極電流，并輸入到DSP控制器。電壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓。信號(hào)處理電路利用所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓、門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓，以及電壓基準(zhǔn)電路產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓，產(chǎn)生脈寬等于IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的脈沖。隔離電路將DSP控制器與信號(hào)處理電路隔離，并將信號(hào)處理電路產(chǎn)生的脈沖輸入到DSP控制器。DSP控制器實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff和IGBT集電極電流，并根據(jù)IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖得到該時(shí)刻IGBT的結(jié)溫。

本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置所基于的原理如下。

IGBT的關(guān)斷延遲過(guò)程包含三個(gè)階段。第一階段為IGBT的門(mén)極和發(fā)射極之間的電壓V_ge從最大值下降至米勒平臺(tái)電壓；第一階段的持續(xù)時(shí)間△t₁為，

${\mathrm{\Δt}}_1=R_g(C_{gc}+C_{ge})\ln \left(\frac{V_{ge\left(max\right)}-V_{ge\left(\min \right)}}{V_{gp}-V_{ge\left(min\right)}}\right)$

其中，R_g為門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻；C_gc為IGBT集電極與門(mén)極之間的等效電容；C_ge為IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的等效電容；V_ge(max)為門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最大值；V_ge(min)為門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最小值；V_gp為IGBT關(guān)斷時(shí)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的米勒平臺(tái)電壓。

門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻R_g、IGBT集電極與門(mén)極之間的等效電容C_gc、IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電容C_ge、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最大值V_ge(max)和門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最小值V_ge(min)均不隨IGBT的結(jié)溫變化而變化；但I(xiàn)GBT關(guān)斷時(shí)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的米勒平臺(tái)電壓V_gp隨IGBT結(jié)溫的升高而減小；所以，第一階段的持續(xù)時(shí)間Δt₁隨IGBT結(jié)溫的升高而增大。

門(mén)極驅(qū)動(dòng)電阻R_g、IGBT集電極與門(mén)極之間的等效電容C_gc、IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電容C_ge、門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最大值V_ge(max)和門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的最小值V_ge(min)均不隨IGBT的集電極電流變化而變化；但I(xiàn)GBT關(guān)斷時(shí)門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓的米勒平臺(tái)電壓V_gp隨IGBT集電極電流升高而增大；所以，第一階段的持續(xù)時(shí)間Δt₁隨IGBT集電極電流的升高而減小。

第二階段，IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電壓V_ge等于米勒平臺(tái)電壓V_gp，且保持不變；第二階段的持續(xù)時(shí)間Δt₂為，

${\mathrm{\Δt}}_2=\frac{L_M{\mathrm{qn}}_{ac}}{{\mathrm{\ΔJ}}_{ch}}$

其中，L_M為晶胞中門(mén)極區(qū)域的寬度；q為單位電荷的電荷量；n_ac為累積層載流子濃度；ΔJ_ch為溝道電流電流密度的減小。

晶胞中門(mén)極區(qū)域的寬度L_M、單位電荷的電荷量q和溝道電流電流密度的減小ΔJ_ch不隨IGBT的結(jié)溫變化而變化；但累積層載流子濃度n_ac隨IGBT結(jié)溫升高而增大；所以，第二階段的持續(xù)時(shí)間Δt₂隨IGBT結(jié)溫升高而增大。

晶胞中門(mén)極區(qū)域的寬度L_M、單位電荷的電荷量q和累積層載流子濃度n_ac不隨IGBT集電極電流的變化而變化；但溝道電流電流密度的減小ΔJ_ch隨IGBT集電極電流的增加而增大；所以第二階段的持續(xù)時(shí)間Δt₂隨IGBT集電極電流升高而減小。

第三階段，IGBT的集電極與發(fā)射極之間的電壓V_ce由最小值上升到最大值；第三階段的持續(xù)時(shí)間Δt₃為，

${\mathrm{\Δt}}_3=\sqrt{\frac{2{\mathrm{\ϵqV}}_{ce\left(\max \right)}}{N_B+J_C/{\mathrm{qV}}_{sat}}}\·\frac{{\mathrm{qn}}_{drl}}{{\mathrm{\ΔJ}}_{ch}}$

其中，ε為硅材料的介電常數(shù)；V_ce(max)為IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓的最大值；N_B為硅材料的本征載流子濃度；J_C為IGBT集電極電流密度；V_sat為IGBT的飽和壓降；n_drl為IGBT基區(qū)載流子濃度。

硅材料的介電常數(shù)ε、IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓的最大值V_ce(max)、硅材料的本征載流子濃度N_B、單位電荷的電荷量q、IGBT集電極電流密度J_C和溝道電流電流密度的減小ΔJ_ch不隨IGBT的結(jié)溫變化而變化；但I(xiàn)GBT的飽和壓降V_sat和IGBT基區(qū)載流子濃度n_drl隨IGBT結(jié)溫升高而增大；所以，第三階段的持續(xù)時(shí)間△t₃隨IGBT結(jié)溫升高而增大。

硅材料的介電常數(shù)ε、IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓的最大值V_ce(max)、硅材料的本征載流子濃度N_B、單位電荷的電荷量q和IGBT的飽和壓降V_sat不隨IGBT的集電極電流變化而變化；但I(xiàn)GBT集電極電流密度J_C、溝道電流電流密度的減小△J_ch和IGBT基區(qū)載流子濃度n_drl隨IGBT集電極電流增加而增大；而且，溝道電流的電流密度△J_ch和IGBT基區(qū)載流子濃度n_drl均正比于IGBT集電極電流的平方根；所以第三階段的持續(xù)時(shí)間△t₃隨IGBT集電極電流增加而減小。

IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間為，

t_doff＝△t₁+△t₂+△t₃

因?yàn)榈谝浑A段的持續(xù)時(shí)間△t₁隨IGBT結(jié)溫的升高而增大，隨IGBT集電極電流的升高而減小；第二階段的持續(xù)時(shí)間△t₂隨IGBT結(jié)溫的升高而增大，隨IGBT集電極電流的升高而減小；第三階段的持續(xù)時(shí)間△t₃隨IGBT結(jié)溫的升高而增大，隨IGBT集電極電流的升高而減小；所以，IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff隨IGBT結(jié)溫的升高而增大，隨IGBT集電極電流的升高而減小。

當(dāng)保持IGBT的開(kāi)關(guān)電壓恒定不變，測(cè)量IGBT不同結(jié)溫、不同集電極電流下的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff便可得到關(guān)于IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖。對(duì)于不同的IGBT，IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖是不同的，所以，針對(duì)不同的IGBT，IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖必須預(yù)先測(cè)量得到。

在IGBT運(yùn)行過(guò)程中，本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff和IGBT集電極電流；根據(jù)IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系便可以得到此時(shí)IGBT的結(jié)溫。

本發(fā)明的工作過(guò)程如下：在被測(cè)IGBT工作過(guò)程中，電壓采集電路實(shí)時(shí)采集IGBT的集電極與發(fā)射極之間的電壓和IGBT的門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓，所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓值為實(shí)際集電極與發(fā)射極之間電壓值的1/100；所采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓值為實(shí)際門(mén)極與發(fā)射極之間電壓值的1/5。電壓基準(zhǔn)電路中第一電壓基準(zhǔn)芯片的輸出值為采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間電壓最大值的90％；第一電壓基準(zhǔn)芯片的輸出電壓輸入到信號(hào)處理電路中第一比較器芯片的第一路比較器的正輸入端，所采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓輸入到信號(hào)處理電路中第一比較器芯片的第一路比較器的負(fù)輸入端。電壓基準(zhǔn)電路中第二電壓基準(zhǔn)芯片的輸出值為所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓最大值的90％；第二電壓基準(zhǔn)芯片的輸出電壓輸入到信號(hào)處理電路中第一比較器芯片的第二路比較器的正輸入端，所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓輸入到信號(hào)處理電路中第一比較器芯片的第二路比較器的負(fù)輸入端。在IGBT關(guān)斷時(shí)，IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓從最大值下降至最小值，所以第一比較器芯片的第一路比較器的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖?；IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓從最小值上升至最大值，所以第一比較器芯片的第二路比較器的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖?；第一比較器芯片的第二路比較器的輸出由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)刻相對(duì)于第一比較器芯片的第一路比較器的輸出由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻存在延遲，延遲的時(shí)間即為被測(cè)IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。第一比較器芯片的第一路比較器的輸出和第一比較器芯片的第二路比較器的輸出分別輸入到信號(hào)處理電路中第一與門(mén)芯片的第一路與門(mén)的兩個(gè)輸入端；在IGBT關(guān)斷時(shí)，第一與門(mén)芯片的第一路與門(mén)會(huì)輸出一個(gè)脈沖，該脈沖的脈寬即為IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。第一與門(mén)芯片中第一路與門(mén)輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)隔離電路輸入到DSP控制器，DSP控制器可以測(cè)量脈沖信號(hào)的脈寬，亦即IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。電流采集電路可以實(shí)時(shí)采集被測(cè)IGBT的集電極電流，并輸入到DSP控制器。DSP控制器實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff和IGBT集電極電流，并根據(jù)IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖得到該時(shí)刻IGBT的結(jié)溫。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是本發(fā)明電源電路的原理圖，其中：圖2a是第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的電路原理圖，圖2b是第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的電路原理圖，圖2c是第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明電壓采集電路的原理圖；其中，圖3a是IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓采集電路原理圖，圖3b是IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間電壓采集電路原理圖；

圖4是本發(fā)明電流采集電路的原理圖；

圖5是本發(fā)明電壓基準(zhǔn)電路的原理圖，其中：圖5a是第一電壓基準(zhǔn)電路的原理圖，圖5b是第二電壓基準(zhǔn)電路的原理圖；

圖6是本發(fā)明信號(hào)處理電路的原理圖，其中：圖6a是第一比較器芯片的原理圖，圖6b是第一與門(mén)芯片的原理圖；

圖7是本發(fā)明的隔離電路原理圖；

圖8是IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖；

圖9是本發(fā)明的信號(hào)處理過(guò)程簡(jiǎn)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。

圖1所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置的電路結(jié)構(gòu)框圖。如圖1所示，本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置包括電源電路、DSP控制器、電壓采集電路、電流采集電路、電壓基準(zhǔn)電路、信號(hào)處理電路和隔離電路。所述的電源電路分別與DSP控制器、電壓采集電路、電流采集電路、電壓基準(zhǔn)電路、信號(hào)處理電路和隔離電路連接。所述的電壓采集電路的一端連接被測(cè)IGBT，電壓采集電路的另一端連接信號(hào)處理電路。所述的電流采集電路與DSP控制器和被測(cè)IGBT連接。所述的電壓基準(zhǔn)電路與信號(hào)處理電路連接。所述的信號(hào)處理電路分別與電壓采集電路、電壓基準(zhǔn)電路和隔離電路連接。所述隔離電路的一端連接信號(hào)處理電路，隔離電路的另一端連接DSP控制器。

圖2所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置電源電路的原理圖。如圖2a、圖2b和圖2c所示，所述的電源電路包括三個(gè)電源轉(zhuǎn)換模塊和6個(gè)電容。第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的型號(hào)為L(zhǎng)D5N12S5，其作用是將+12V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為+5V電壓信號(hào)；第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的1引腳連接+12V電源的負(fù)極；第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的2引腳連接+12V電源的正極；第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳輸出+5V電壓信號(hào)；第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳連接被測(cè)IGBT的發(fā)射極。第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的型號(hào)為L(zhǎng)D5N12S5，其作用是將+12V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為+5V電壓信號(hào)；第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的1引腳連接+12V電源的負(fù)極；第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的2引腳連接+12V電源的正極；第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的3引腳輸出+5V電壓信號(hào)，并連接DSP控制器的電壓正輸入端；第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的4引腳連接DSP控制器的電壓負(fù)輸入端。第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的型號(hào)為L(zhǎng)D5N24D15，其作用是將+24V電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為±15V電壓信號(hào)；第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的1引腳連接+24V電源的負(fù)極；第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的2引腳連接+24V電源的正極；第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的3引腳輸出+15V電壓信號(hào)；第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的4引腳連接DSP控制器的電壓負(fù)輸入端；第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的5引腳輸出-15V電壓信號(hào)。第一電容C₁為電解電容，規(guī)格為10uF/25V；第一電容C₁的正極連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳，第一電容C₁的負(fù)極連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第二電容C₂為瓷介電容，容值為15pF；第二電容C₂的一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳，第二電容C₂的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第三電容C₃為電解電容，規(guī)格為10uF/25V；第三電容C₃的正極連接第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的3引腳，第三電容C₃的負(fù)極連接第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的4引腳。第四電容C₄為瓷介電容，容值為15pF；第四電容C₄的一端連接第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的3引腳，第四電容C₄的另一端連接第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的4引腳。第五電容C₅為瓷介電容，容值為15pF；第五電容C₅的一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的3引腳，第五電容C₅的另一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的4引腳。第六電容C₆為瓷介電容，容值為15pF；第六電容C₆的一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的5引腳，第六電容C₆的另一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的4引腳。

圖3所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置電壓采集電路的原理圖。如圖3a和圖3b所示，所述的電壓采集電路包括8個(gè)電阻和8個(gè)電容。第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃和第四電阻R₄的阻值相等，且均為第五電阻R₅阻值的25倍；第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃、第四電阻R₄和第五電阻R₅串聯(lián)，串聯(lián)的第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃、第四電阻R₄和第五電阻R₅的一端連接被測(cè)IGBT的集電極，串聯(lián)的第一電阻R₁、第二電阻R₂、第三電阻R₃、第四電阻R₄和第五電阻R₅的另一端連接被測(cè)IGBT的發(fā)射極；第四電阻R₄和第五電阻R₅的連接點(diǎn)連接信號(hào)處理電路中第一比較器芯片IC₄的8引腳。第六電阻R₆和第七電阻R₇的阻值相等，且均為第八電阻R₈阻值的2倍；第六電阻R₆、第七電阻R₇和第八電阻R₈串聯(lián)，串聯(lián)的第六電阻R₆、第七電阻R₇和第八電阻R₈的一端連接被測(cè)IGBT的發(fā)射極，串聯(lián)的第六電阻R₆、第七電阻R₇和第八電阻R₈的另一端連接被測(cè)IGBT的門(mén)極；第七電阻R₇和第八電阻R₈的連接點(diǎn)連接信號(hào)信號(hào)處理電路中第一比較器芯片IC₄的1引腳。第七電容C₇和第一電阻R₁并聯(lián)；第八電容C₈和第二電阻R₂并聯(lián)；第九電容C₉和第三電阻R₃并聯(lián)；第十電容C₁₀和第四電阻R₄并聯(lián)；第十一電容C₁₁和第五電阻R₅并聯(lián)；第十二電容C₁₂和第六電阻R₆并聯(lián)；第十三電容C₁₃和第七電阻R₇并聯(lián)；第十四電容C₁₄和第八電阻R₈并聯(lián)。

圖4所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置電流采集電路的原理圖。如圖4所示，所述的電流采集電路包括一個(gè)電流傳感器U₄、三個(gè)電阻、三個(gè)電容和一個(gè)放大器IC₁。第一電流傳感器U₄的型號(hào)為L(zhǎng)A55-P；第一電流傳感器U₄的1引腳連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的3引腳；第一電流傳感器U₄的2引腳連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的5引腳；第一電流傳感器U₄的3引腳連接第九電阻R₉的一端、第十電阻R₁₀的一端、第十五電容C₁₅的一端和第一放大器IC₁的3引腳。第九電阻R₉、第十電阻R₁₀和第十五電容C₁₅并聯(lián)，并聯(lián)的第九電阻R₉、第十電阻R₁₀和第十五電容C₁₅的一端連接第一電流傳感器U₄的3引腳和第一放大器IC₁的3引腳；并聯(lián)的第九電阻R₉、第十電阻R₁₀和第十五電容C₁₅的另一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第十六電容C₁₆的一端連接第一放大器IC₁的4引腳，第十六電容C₁₆的另一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第十七電容C₁₇的一端連接第一放大器IC₁的7引腳，第十七電容C₁₇的另一端連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第十一電阻R₁₁的一端連接第一放大器IC₁的2引腳，第十一電阻R₁₁的另一端連接第一放大器IC₁的6引腳。第一放大器IC₁的型號(hào)為T(mén)HS4001C；第一放大器IC₁的2引腳連接第十一電阻R₁₁的一端；第一放大器IC₁的3引腳連接第一電流傳感器U₄的3引腳、第九電阻R₉的一端、第十電阻R₁₀的一端和第十五電容C₁₅的一端；第一放大器IC₁的4引腳連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的5引腳和第十六電容C₁₆的一端；第一放大器IC₁的6引腳輸出采集的電流信號(hào)ic¹，第一放大器IC₁的6引腳連接DSP控制器的端口39和第十一電阻R₁₁的一端；第一放大器IC₁的7引腳連接第三電源轉(zhuǎn)換模塊U₃的3引腳和第十七電容C₁₇的一端。

圖5所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置電壓基準(zhǔn)電路的原理圖。如圖5a和5b所示，所述的電壓基準(zhǔn)電路包括電壓基準(zhǔn)芯片IC₂、電壓基準(zhǔn)芯片IC₃和4個(gè)電阻。第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的型號(hào)為MAX6160；第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的1引腳連接信號(hào)處理電路中第一比較器芯片IC₄的2引腳和第十二電阻R₁₂的一端；第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的4引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳和第十三電阻R₁₃的一端；第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的5引腳連接第十三電阻R₁₃的另一端和第十二電阻R₁₂的另一端；第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的8引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳。第十二電阻R₁₂的一端連接第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的1引腳，第十二電阻R₁₂的另一端連接第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的5引腳和第十三電阻R₁₃的一端。第十三電阻R₁₃的一端連接第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的4引腳，第十三電阻R₁₃的另一端連接第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的5引腳和第十二電阻R₁₂的一端。第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的型號(hào)為MAX6160；第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的1引腳連接信號(hào)處理電路中第一比較器芯片IC₄的9引腳和第十四電阻R₁₄的一端；第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的4引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳和第十五電阻R₁₅的一端；第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的5引腳連接第十五電阻R₁₅的另一端和第十四電阻R₁₄的另一端；第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的8引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳。第十四電阻R₁₄的一端連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的1引腳，第十四電阻R₁₄的另一端連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的5引腳和第十五電阻R₁₅的一端。第十五電阻R₁₅的一端連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的4引腳，第十五電阻R₁₅的另一端連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的5引腳和第十四電阻R₁₄的一端。

圖6所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置信號(hào)處理電路的原理圖。如圖6a和6b所示，所述的信號(hào)處理電路包括一個(gè)比較器芯片IC₄、一個(gè)與門(mén)芯片IC₅和四個(gè)電容。第一比較器芯片IC₄的型號(hào)為MAX9202；第一比較器芯片IC₄的1引腳連接電壓采集電路中第七電阻R₇和第八電阻R₈的連接點(diǎn)；第一比較器芯片IC₄的2引腳連接第第十八電容C₁₈的一端和第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的1引腳；第一比較器芯片IC₄的3引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳；第一比較器芯片IC₄的5引腳連接第一與門(mén)芯片IC₅的2引腳；第一比較器芯片IC₄的7引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳；第一比較器芯片IC₄的8引腳連接電壓采集電路中第四電阻R₄和第五電阻R₅的連接點(diǎn)；第一比較器芯片的9引腳連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的1引腳和第十九電容C₁₉的一端；第一比較器芯片IC₄的10引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳和第二十電容C₂₀的一端；第一比較器芯片IC₄的12引腳連接第一與門(mén)芯片IC₅的1引腳；第一比較器芯片IC₄的14引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳和第二十一電容C₂₁的一端。第一與門(mén)芯片IC₅的型號(hào)為SN74AHC08；第一與門(mén)芯片IC₅的1引腳連接第一比較器芯片IC₄的12引腳；第一與門(mén)芯片IC₅的2引腳連接第一比較器芯片IC₄的5引腳；第一與門(mén)芯片IC₅的3引腳連接隔離電路中第一光耦芯片IC₆的3引腳；第一與門(mén)芯片IC₅的7引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳；第一與門(mén)芯片IC₅的14引腳連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳。第十八電容C₁₈的一端連接第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的1引腳和第一比較器芯片IC₄的2引腳；第十八電容C₁₈的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第十九電容C₁₉的一端連接第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的1引腳和第一比較器芯片IC₄的9引腳；第十九電容C₁₉的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第二十電容C₂₀的一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳和第一比較器芯片IC₄的10引腳；第二十電容C₂₀的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。第二十一電容C₂₁的一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳和第一比較器芯片IC₄的14引腳；第二十一電容C₂₁的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的4引腳。

圖7所示為本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置隔離電路的原理圖。如圖7所示，所述的隔離電路包括一個(gè)光耦芯片IC₆、兩個(gè)電阻和一個(gè)電容。第一光耦芯片IC₆的型號(hào)為T(mén)LP117；第一光耦芯片IC₆的1引腳連接第十六電阻R₁₆的一端；第一光耦芯片IC₆的3引腳連接信號(hào)處理電路中第一與門(mén)芯片IC₅的3引腳；第一光耦芯片IC₆的4引腳連接第二電源轉(zhuǎn)換模塊U₂的4引腳和第二十二電容C₂₂的一端；第一光耦芯片IC₆的5引腳連接DSP控制器的端口68和第十七電阻R₁₇的一端；第一光耦芯片IC₆的6引腳連接DSP控制器的端口71、第二十二電容C₂₂的一端和第十七電阻R₁₇的一端。第十六電阻R₁₆的一端連接第一光耦芯片IC₆的1引腳；第十六電阻R₁₆的另一端連接第一電源轉(zhuǎn)換模塊U₁的3引腳。第十七電阻R₁₇的一端連接第一光耦芯片IC₆的5引腳；第十七電阻R₁₇的另一端連接第一光耦芯片IC₆的6引腳。第二十二電容C₂₂的一端連接第一光耦芯片IC₆的4引腳；第二十二電容C₂₂的另一端連接第一光耦芯片IC₆的6引腳。

圖8所示為IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖。如圖8所示，IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff隨IGBT結(jié)溫升高而增大；隨IGBT集電極電流升高而減小。在IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff已知的情況下，IGBT的結(jié)溫是確定的。在IGBT運(yùn)行過(guò)程中，本發(fā)明IGBT結(jié)溫測(cè)量裝置可以實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff和IGBT集電極電流；根據(jù)IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖便可以得到此時(shí)IGBT的結(jié)溫。

如圖9所示，本發(fā)明的工作過(guò)程如下：在被測(cè)IGBT工作過(guò)程中，電壓采集電路實(shí)時(shí)采集IGBT的集電極與發(fā)射極之間的電壓V_ce和IGBT的門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓V_ge，所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓值V_ce¹為實(shí)際集電極與發(fā)射極之間電壓值V_ce的1/100；所采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓值V_ge¹為實(shí)際門(mén)極與發(fā)射極之間電壓值V_ge的1/5。第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的輸出值為0.9V_ge¹_(max)，即為被采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間電壓V_ge¹最大值的90％；第一電壓基準(zhǔn)芯片IC₂的輸出電壓0.9V_ge¹_(max)輸入到第一比較器芯片IC₄中第一路比較器的正輸入端，所采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓V_ge¹輸入到第一比較器芯片IC₄中第一路比較器的負(fù)輸入端。第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的輸出值為0.9V_ce¹_(max)，即為被采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間電壓V_ce¹最大值的90％；第二電壓基準(zhǔn)芯片IC₃的輸出電壓0.9V_ce¹_(max)輸入到第一比較器芯片IC₄中第二路比較器的正輸入端，所采集的IGBT集電極與發(fā)射極之間的電壓V_ce¹輸入到第一比較器芯片IC₄中第二路比較器的負(fù)輸入端。在IGBT關(guān)斷時(shí)，被采集的IGBT門(mén)極與發(fā)射極之間的電壓V_ge¹從最大值V_ge¹_(max)下降至最小值V_ge¹_(min)，所以第一比較器芯片IC₄的第一路比較器的輸出OT1由低電平變?yōu)楦唠娖剑槐徊杉腎GBT集電極與發(fā)射極之間的電壓V_ce¹從最小值V_ce¹_(min)上升至最大值V_ce¹_(max)，所以第一比較器芯片IC₄的第二路比較器的輸出OT2由高電平變?yōu)榈碗娖?；第一比較器芯片IC₄的第二路比較器的輸出OT2由高電平變?yōu)榈碗娖降臅r(shí)刻相對(duì)于第一比較器芯片IC₄的第一路比較器的輸出OT1由低電平變?yōu)楦唠娖降臅r(shí)刻存在延遲，延遲的時(shí)間即為被測(cè)IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。第一比較器芯片IC₄的第一路比較器的輸出OT1和第一比較器芯片IC₄的第二路比較器的輸出OT2分別輸入到第一與門(mén)芯片IC₅中第一路與門(mén)的兩個(gè)輸入端；在IGBT關(guān)斷時(shí)，第一與門(mén)芯片IC₅中第一路與門(mén)會(huì)輸出一個(gè)脈沖Pulse，脈沖Pulse的脈寬即為IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。第一與門(mén)芯片IC₅中第一路與門(mén)的輸出信號(hào)Pulse輸入到隔離電路中第一光耦芯片IC₆的輸入端，經(jīng)過(guò)光耦芯片連接到DSP控制器，DSP控制器可以測(cè)量信號(hào)Pulse的脈寬，亦即IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff。電流采集電路可以實(shí)時(shí)采集被測(cè)IGBT的集電極電流i_c，并輸入到DSP控制器。因此，在IGBT工作過(guò)程中，本發(fā)明可以實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff和集電極電流i_c；根據(jù)IGBT結(jié)溫、IGBT集電極電流i_c和IGBT關(guān)斷延遲時(shí)間t_doff的三維關(guān)系圖，便可以得到該時(shí)刻IGBT的結(jié)溫。

本發(fā)明在IGBT運(yùn)行過(guò)程中實(shí)時(shí)測(cè)量IGBT的結(jié)溫，無(wú)需多余的控制策略，也不會(huì)影響IGBT的開(kāi)關(guān)過(guò)程和原變流器的控制，原理簡(jiǎn)單；本發(fā)明電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，很容易集成到IGBT門(mén)極驅(qū)動(dòng)電路中，使用方便，成本低廉；本發(fā)明可以測(cè)量各種工作狀態(tài)下IGBT的結(jié)溫，可擴(kuò)展性很強(qiáng)。