一種IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置的製作方法

2023-05-31 18:12:26 2

本實用新型涉及溫度檢測技術領域，特別涉及一種IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置。

（二）

背景技術：

面對日益枯竭的石油資源以及環境保護的巨大壓力，新能源汽車顯示了巨大優勢和廣闊的發展前景。

新能源汽車的快速發展，帶動了車用IGBT功率模塊的快速應用，車用IGBT功率模塊是具有一定拓撲構型的IGBT集成器件，這種集成器件的電路拓撲通常是單開關分立模塊、雙開關半橋模塊、六開關全橋模塊等，每個開關包括IGBT晶片和反並聯的二極體晶片。模塊中IGBT晶片和二極體晶片的結溫是應用中的重要參數，當前主流的IGBT晶片和二極體晶片的非開關狀態下的工作最高結溫是175℃，開關狀態下的工作最高結溫是150℃，工作中需保證晶片結溫不超過以上兩值，否則晶片就會損壞。目前，沒有較好的辦法直接測量晶片結溫，大多通過測量模塊基板或是檢測模塊的散熱器溫度間接估計IGBT晶片和二極體晶片結溫，這兩種方式都不能準確反映晶片的結溫，存在較大檢測誤差和延時。因此，為了安全、高效應用IGBT功率模塊，更精確、實時的測量IGBT晶片和二極體晶片的結溫就成為本領域需要解決的問題。專利ZL201110038568.9中描述了一種IGBT結溫檢測裝置及其方法，通過設定測試裝置測試IGBT工作頻率和工作電流，然後基於數學模型計算IGBT的結溫，實現IGBT結溫的準確監測，但這種方法需要消耗計算資源，對於車用逆變器系統有限的計算資源帶來不利影響。專利ZL201310009834.4中描述了一種用於實時監測IGBT器件的操作狀態的系統和方法，這項專利與之前專利類似，也是通過實時監測IGBT工作參數，利用數學模型計算IGBT結溫，進而實現實時監測。

針對上述問題，新能源汽車的逆變器中的IGBT功率器件中的IGBT晶片和二極體晶片結溫實時監測成為迫切的需求。

（三）

技術實現要素：

本實用新型為了彌補現有技術的不足，提供了一種新能源車用IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置。

本實用新型是通過如下技術方案實現的：

一種IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置，其特徵在於：包括IGBT功率模塊，該IGBT功率模塊包括IGBT晶片，二極體晶片和NTC熱敏電阻；所述IGBT晶片，二極體晶片和NTC熱敏電阻分別通過焊錫焊接固定在散熱基底上；所述IGBT晶片，二極體晶片下端設有縱向貫穿散熱基底的布傳感器通孔；所述IGBT晶片和二極體晶片與布傳感器通孔連接處分別設有溫度傳感器；IGBT功率模塊分別與負載、驅動器和數據採集儀相連；所述驅動器和數據採集儀分別與上位機相連；所述驅動器與電源相連。

上述散熱基底包括銅基板，該銅基板下表面設有導熱層，導熱層下設有散熱器；所述銅基板上表面通過焊錫焊接有銅板層，銅板層上設有陶瓷層，陶瓷層上設有銅板布線層。

所述所訴IGBT功率模塊可以是基於NTC熱敏電阻進行模塊內部晶片結溫檢測的單開關模塊、雙開關半橋模塊、或六開關全橋模塊。

所訴驅動器是用於驅動IGBT功率模塊按指定控制指令執行功率變換的裝置。

所訴數據採集儀用於採集IGBT功率模塊工作中的溫度、電壓和電流等信息。

所訴上位機用於測試工況輸入、測試指令下達以及採集信息的處理。

其中，導熱層為導熱矽脂或導熱墊。

其中，銅板布線層上端通過焊錫焊接有IGBT晶片，二極體晶片和NTC熱敏電阻。

其中，電源為高壓電源。

其中，負載為電機負載或阻感負載。

IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置的溫度修正方法包括以下步驟：（1）分別標定IGBT晶片和二極體晶片的實際溫度：在相同電壓，相同電流下，上位機一定控制下，通過溫度傳感器實時測定IGBT晶片和二極體晶片的溫度，並通過數據採集儀採集溫度數據，並存儲在上位機內；

（2）標定NTC熱敏電阻的溫度：採用與步驟（1）相同的電壓，相同電流下，上位機一定控制下，通過數據採集儀採集NTC熱敏電阻的溫度，並存儲在上位機內；

（3）在相同的電壓下，改變電流大小，重複步驟（1）和步驟（2），得到多組IGBT晶片和二極體晶片的實際溫度與對應NTC熱敏電阻溫度的數據；

（4）將步驟（1）-（3）得到的數據繪製成一定電壓下的採集IGBT晶片和二極體晶片的結溫對應模塊的NTC採集溫度形成溫度標定數據MAP；

（5）改變電壓並重複步驟（1）-（4），繪製得到不同電壓下的採集IGBT晶片和二極體晶片的結溫對應模塊的NTC採集溫度形成溫度標定數據MAP；

（6）改變上位機的控制條件，重複步驟（1）-（5）繪製得到不同條件下的採集IGBT晶片和二極體晶片的結溫對應模塊的NTC採集溫度形成溫度標定數據MAP。

IGBT功率模塊晶片溫度修正方法的應用：採集NTC熱敏電阻的溫度，查找相同條件下的溫度標定數據MAP，經查表得到相應的IGBT晶片和二極體晶片的結溫。

本方法適用於新能源車用IGBT功率模塊晶片的溫度修正。

本方法可以在不增加單片機計算消耗的基礎上實現晶片結溫的實時監測，能夠快速、實時監測IGBT模塊中IGBT晶片和二極體晶片的結溫溫度。

由於IGBT晶片和二極體晶片的溫度無法在實際應用中直接採集，只能通過NTC熱敏電阻進行間接評估，然而NTC熱敏電阻存在較大檢測誤差和延時性，難以測定準確，而現在多數通過進行數學模型計算的方式評估IGBT晶片和二極體晶片的溫度，但是需要強大的計算能力，對於車用逆變器系統有限的計算資源帶來不利影響。

本實用新型通過IGBT功率模塊晶片溫度標定裝置預先對IGBT功率模塊晶片溫度進行標定，並通過溫度修正方法得到多組不同條件下的IGBT晶片和二極體晶片的結溫對應模塊的NTC採集溫度形成溫度標定數據MAP；通過查表的形式，可以根據NTC熱敏電阻的溫度評估出IGBT晶片和二極體晶片的結溫，不需要佔用新能源車的計算資源，同時可以快速、實時的得到IGBT晶片和二極體晶片的結溫，消除基於損耗、熱阻等計算帶來的計算資源消耗，以及NTC溫度評估晶片結溫溫度不準和延遲的問題。

本實用新型的有益效果是：本實用新型通過上位機設定IGBT功率模塊工作在不同直流母線電壓和相輸出電流條件下工作，利用IGBT功率模塊埋置的溫度傳感器採集IGBT功率模塊中IGBT晶片和二極體晶片的溫度，將採集溫度與IGBT功率模塊NTC所測溫度對比，基於NTC溫度形成IGBT功率模塊中IGBT晶片和二極體晶片的溫度修正曲線MAP，最終利用實時監測的NTC溫度和標定的溫度MAP，查表實時監測IGBT晶片和二極體晶片的工作結溫，達到不消耗驅動系統計算資源的基礎上，實現快速、準確、實時工作結溫檢測。

（四）附圖說明

下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。

圖1為本實用新型的結構示意圖。

圖2為本實用新型散熱基底的結構示意圖。

圖中，IGBT功率模塊1，負載2，驅動器3，數據採集儀4，上位機5，電源6，散熱基底7，IGBT晶片8，二極體晶片9，NTC熱敏電阻10，焊錫11，布傳感器通孔12，溫度傳感器13，銅基板14，導熱層15，散熱器16，銅板層17，陶瓷層18，銅板布線層19。

（五）具體實施方式

實施例1

包括IGBT功率模塊，該IGBT功率模塊1包括IGBT晶片8，二極體晶片9和NTC熱敏電阻10；所述IGBT晶片8，二極體晶片9和NTC熱敏電阻10分別通過焊錫11焊接固定在散熱基底7上；所述IGBT晶片8，二極體晶片9下端設有縱向貫穿散熱基底7的布傳感器通孔12；所述IGBT晶片8和二極體晶片9與布傳感器通孔12連接處分別設有溫度傳感器13；IGBT功率模塊1分別與負載2、驅動器3和數據採集儀4相連；所述驅動器3和數據採集儀4分別與上位機5相連；所述驅動器3與電源6相連。上述散熱基底7包括銅基板14，該銅基板14下表面設有導熱層15，導熱層15下設有散熱器16；所述銅基板14上表面通過焊錫11焊接有銅板層17，銅板層17上設有陶瓷層18，陶瓷層18上設有銅板布線層19。導熱層15為導熱矽脂或導熱墊。銅板布線層19上端通過焊錫11焊接有IGBT晶片8，二極體晶片9和NTC熱敏電阻10。電源6為高壓電源。負載2為電機負載或阻感負載。

使用時，IGBT功率模塊1將驅動器3與其連接，同時將高壓電源6與驅動器3連接，實現逆變器系統，同時將逆變器系統與負載2連接，該負載2可選阻感負載，或是電機負載，通過與負載2連接，實現逆變器的帶載運行；通過數據採集儀4採集溫度傳感器13，以及逆變器工作的電壓、電流等信息；上位機5進行試驗工況設定，控制驅動器3驅動IGBT功率模塊1，數據採集儀4採集傳感器和逆變器工作信息，並將信息傳給上位機5，上位機5進行數據存儲和數據整理。