IGBT寿命测试装置的制作方法

本实用新型涉及电机领域，尤其涉及IGBT寿命测试装置。

背景技术：

在变频器(inverter)和电力电子领域(power electronics)中，IGBT模块被越来越广泛地应用。然而，高损耗、过热、过压以及其他复杂的外部应力会损伤IGBT模块。IGBT模块作为变频器的主要组件，其可靠性影响着整个设备的稳定性和可靠性。因此，IGBT模块寿命的测试和状态管理对于加强变频器的可靠性是非常重要的，其还有利于减少维持费以及控制变频器事故。

现有的IGBT寿命检测机制多是利用IGBT的温度来预测其寿命。例如，在系统中设置一个或多个温度传感器，通过控制器和EEPROM以及多个位置传感器、速度传感器、电压传感器、电流传感器来获得所需要的电压、电流和温度参数，同时控制器通过一系列算法进行计算、状态保护和寿命预测等处理，完成IGBT的寿命检测功能。

现有技术的IGBT寿命检测机制需要DSP或者EEPROM，因此硬件设备费用很高。并且，其算法复杂，算法相关的一些系数为非线性参数，这些参数会被变频器的相电流等其他因素影响，因此会降低其算法准确度。此外，现有技术的IGBT寿命检测机制并非是实时在线监测，系统需要停止运行IGBT模块。

技术实现要素：

本实用新型提供了IGBT寿命测试装置，其包括：一个选择模块，其连接于复数个IGBT模块，用于选通复数个IGBT模块的其中一个或多个进行测试；一个采样模块，其用于采集所述选择模块选取的一个或多个IGBT模块的发射极集电极电压；一个调理模块，其用于接收来自所述采样模块的一个或多个IGBT模块的发射极集电极电压，并将发射极集电极电压放大；一个比较模块，其中预存有一阈值电压，所述比较模块用于接收所述调理模块放大后的发射极集电极电压与所述阈值电压进行比较，当所述放大后的发射极集电极电压小于所述阈值电压时，则判断该发射极集电极电压对应的IGBT模块失效并触发报警信号。本实用新型提供的IGBT寿命测试装置只利用了上述电路元件，造价低，可靠性高，其算法简单可靠有效。本实用新型利用的算法可以反应焊接以及接地线的性能下降，而这并不能通过非线性参数反应出来。本实用新型的IGBT寿命测试是在线的，在IGBT模块所在的变频器在工作状态下也能运行，因此可靠性更高。并且，当IGBT模块失效时，本实用新型可以在变频器切换时期响应，因此，本实用新型具有更快的响应速度。

进一步地，所述采样模块包括：一个电压传感器，其第一输入端和第二输入端耦合至所述一个或多个IGBT模块的发射极集电极电压，其第一输入端依次连接有一第一电源和一个第一二极管，所述第一二极管的正极还串联有一个第一电阻，所述电压传感器的第一输出端和第二输出端分别连接至一第二电源的正负极，所述电压传感器的第三输出端所述一个或多个IGBT模块的发射极集电极电压信号。

进一步地，所述电压传感器为霍尔电压传感器。

进一步地，所述电压传感器的第三输出端还分别连接有一个第二电阻和第一电容，所述第二电阻和所述第一电容的另一端接地，所述电压传感器的第一输入端和第二输入端还串联有一个第二电容。

进一步地，所述调理模块包括：一个第一运算放大器，其反向输入端连接至输出端，其正向输入端接收IGBT的发射极集电极电压，所述第一运算放大器的输出端还依次连接有一第四电阻和第五电阻；一个第二运算放大器，其反向输入端连接至其输出端，其正向输入端连接于所述第五电阻，在所述第四电阻和第五电阻之间的连接点与所述第二运算放大器之间还连接有一第三电容；一个第三运算放大器，其正向输入端耦合接至所述第二运算放大器的输出端，所述第三运算放大器的反向输入端连接至其输出端。

进一步地，所述第一运算放大器正向输入端连接有一第三电阻，所述第五电阻和所述第二运算放大器的正向输入端之间还连接有一第四电容，所述第四电容另一端接地，所述第三运算放大器的正向输入端还连接有一第六电阻，所述第三运算放大器的输出端还连接有一第七电阻，所述第七电阻还连接有一第二二极管，所述第二二极管的正极连接至第三电源。

进一步地，所述第一运算放大器、第二运算放大器、第三运算放大器都耦合至所述第三电源。

进一步地，所述比较模块还包括一个比较器，其正向输入端输入经过调理模块放大的IGBT模块的发射极集电极电压，其反向输入端输入所述第一阈值电压，所述比较器的输出端连接有一光电二极管，所述光电二极管的正极接地。

进一步地，所述第一阈值电压为IGBT模块正常使用时发射极集电极电压Vce的75％。

附图说明

图1是根据本发明一个具体实施例的IGBT寿命测试装置的结构示意图；

图2是IGBT模块的电路结构示意图；

图3是根据本发明一个具体实施例的IGBT寿命测试装置的采样模块的电路结构示意图；

图4是根据本发明一个具体实施例的IGBT寿命测试装置的调理模块的电路结构示意图；

图5是根据本发明一个具体实施例的IGBT寿命测试装置的比较模块的电路结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行说明。

如图1所示，本实用新型的IGBT寿命测试模块包括一个选择模块100、一个采样模块200、一个调理模块300和一个一个比较模块400。其中，选择模块100连接于复数个IGBT模块(图中示为IGBT1、IGBT2……IGBTn)，用于选通复数个IGBT模块的其中一个或多个进行测试。采样模块200用于采集选择模块选取的一个或多个IGBT模块的Vce电压。调理模块300用于接收来自所述采样模块200的一个或多个IGBT模块的Vce电压，并将Vce电压放大。比较模块400中预存有一阈值电压，所述比较模块400用于接收所述调理模块300放大后的Vce电压与所述阈值电压进行比较，当所述放大后的Vce电压小于所述阈值电压时，则判断该Vce电压对应的IGBT模块失效并触发报警信号。

图2是IGBT模块的电路结构示意图，如图1所示，IGBT电路是由并联的三极管T₁和二极管d₁组合而成的。由于不同材料之间的热膨胀系数带来的持续冲击力，IGBT接地线边缘(wire edge)会出现裂缝，最后IGBT导线会出现不能在芯片上电连接，由此会增加平均温度。而另一个由于热应力带来的结果是铝金属重整(aluminum metal refactoring)，这会导致表面阻力和IGBT开关损耗的上升。随着温度的增加，饱和电压会下降，发射极集电极电压Vce会增加，因此Vce可以用于充当IGBT模块失效的性能退化参数。Vce会随着失效降低15％的饱和压降，因此本实用新型以此为标准来判断IGBT模块的寿命。

其中，如图3所示，所述采样模块200包括一个电压传感器210，其第一输入端和第二输入端耦合至一个或多个IGBT模块的Vce电压，其第一输入端依次连接有一第一电源P1和一个第一二极管D1，所述第一二极管D1的正极还串联有一个第一电阻R1，所述电压传感器210的第一输出端和第二输出端分别连接至一第二电源P2的正负极，所述电压传感器210的第三输出端所述一个或多个IGBT模块的Vce电压信号。其中，电压传感器210优选地为霍尔电压传感器。其中，所述电压传感器210的第三输出端还分别连接有一个第二电阻R2和第一电容C1，所述第二电阻R2和所述第一电容C1的另一端接地，所述电压传感器210的第一输入端和第二输入端还串联有一个第二电容C2。其中，第一电阻R3用于限流。第一二极管D1充当开关，第一二极管D1和第一电源P1配合，实现截止负值的目的，也就是说当输入的Vce信号为负值时进行滤除。而第二电阻R2和第一电容C1用于隔离缓冲。因此，从电压互感器210第三输出端所述一个或多个IGBT模块的Vce电压信号皆为可以考虑为测试IGBT模块寿命的Vce值。

其中，如图4所示，所述调理模块300包括一个第一运算放大器OA1、一个第二运算放大器OA2、一个第三运算放大器OA3，其中，第一运算放大器OA1和第三运算放大器OA3用于充当缓冲装置，第二运算放大器OA2的功能是放大由采样模块200发送的Vce电压信号。具体地，第一运算放大器OA1的反向输入端连接至输出端，其正向输入端接收IGBT的Vce电压信号，所述第一运算放大器OA1的输出端还依次连接有一第四电阻R4和第五电阻R5。第二运算放大器OA2的反向输入端连接至其输出端，其正向输入端连接于所述第五电阻R5，在所述第四电阻R4和第五电阻R5之间的连接点与所述第二运算放大器OA2之间还连接有一第三电容C3。第三运算放大器OA3的正向输入端耦合接至所述第二运算放大器OA2的输出端，所述第三运算放大器OA3的反向输入端连接至其输出端。其中，所述第一运算放大器OA1正向输入端连接有一第三电阻R3，所述第五电阻R5和所述第二运算放大器OA2的正向输入端之间还连接有一第四电容C4，所述第四电容C4另一端接地，所述第三运算放大器OA3的正向输入端还连接有一第六电阻R6，所述第三运算放大器OA3的输出端还连接有一第七电阻R7，所述第七电阻R7还连接有一第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极连接至第三电源Vcc。所述第一运算放大器OA1、第二运算放大器OA2、第三运算放大器OA3都耦合至所述第三电源Vcc，其中，第三电源Vcc用于给第一运算放大器OA1、第二运算放大器OA2、第三运算放大器OA3供电。其中，第四电阻R4和第五电阻R5决定了第二运算放大器OA2的放大倍数，第四电容C4用于滤波，第六电阻R6用于缓冲，第七电阻R7用于限流，第二二极管D2用于保护。

如图5所示，比较模块400还包括一个比较器CO，其正向输入端输入经过调理模块300放大的IGBT模块的Vce电压信号，其反向输入端输入所述第一阈值电压th，所述比较器CO的输出端连接有一光电二极管PD，所述光电二极管PD的正极接地。

具体地，所述第一阈值电压th为IGBT模块正常使用时发射极集电极电压Vce饱和导通压降的85％。例如，当一个IGBT模块没有失效时候的发射极集电极电压Vce饱和导通压降的为2V，因此第一阈值电压th为IGBT模块正常使用时发射极集电极电压Vce的85％，也就是1.7V。当比较模块的比较器CO判断该IGBT模块的发射极集电极电压Vce大于第一阈值1.7V时，则认为该IGBT模块并未失效。而当比较模块的比较器CO判断该IGBT模块的发射极集电极电压Vce小于第一阈值1.7V时，则认为该IGBT模块已经失效，然后比较器CO输出高电平使能光电二极管PD发光进行报警，以便于对该IGBT模块进行替换。

本实用新型提供的IGBT寿命测试装置只利用了上述电路元件，造价低，可靠性高，其算法简单可靠有效。本实用新型利用的算法可以反应焊接以及接地线的性能下降，而这并不能通过非线性参数反应出来。本实用新型的IGBT寿命测试是在线的，在IGBT模块所在的变频器在工作状态下也能运行，因此可靠性更高。并且，当IGBT模块失效时，本实用新型可以在变频器切换时期响应，因此，本实用新型具有更快的响应速度。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。此外，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求；“包括”一词不排除其它权利要求或说明书中未列出的装置或步骤；“第一”、“第二”等词语仅用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。