一種igbt動態性能測試裝置及其運行方法

2023-12-02 18:28:36 2

一種igbt動態性能測試裝置及其運行方法
【專利摘要】本發明為一種IGBT動態性能測試裝置，其組成包括試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統，其中，IGBT過溫保護系統與IGBT驅動電路相連；試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統和示波器各自獨立；測試時IGBT測試模塊分別與試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統相連。本發明的IGBT動態性能測試裝置，能夠對IGBT模塊銅底板溫度以及內部發熱晶片的結溫同時且自動地進行採集，進而能對模塊熱阻參數進行提取；並能夠對IGBT模塊工作頻率進行實時調節。
【專利說明】一種IGBT動態性能測試裝置及其運行方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力電子器件測試裝置和溫度檢測領域，尤其涉及IGBT (絕緣柵雙極 型電晶體）功率循環強度的試驗裝置以及運行方法。

【背景技術】
[0002] 由於半導體製造技術的不斷提升，高頻化、大功率化、集成化是電力電子器件不斷 發展的方向，IGBT模塊的功率等級和功率密度越來越高，類似於IGBT這類大功率器件往往 是具有電熱疲勞的電氣器件，在電能驅動下運行時，其關鍵部件伴發電熱效應從而引起溫 升，溫度的不斷變化會產生交變的膨脹和收縮力，從而使得材料的關鍵部位出現裂紋、鬆弛 甚至斷裂，在高溫的情況下，還可能使得材料的物理性質發生變化，從而引起其熱物性參數 的退化，其可靠性就會降低，所以對模塊的溫度進行檢測則至關重要。
[0003] 由於系統運行周期內IGBT模塊承載的外應力複雜，特別是模塊承載的功率循環 強度（與電壓、電流、開關頻率有關）隨時間快速變化，以往的試驗裝置僅限於對特定狀況 下模塊的性能進行測試而不能模擬實際的工作狀態，具有局限性。
[0004] 隨著電力電子技術的發展，功率模塊相關試驗技術取得了很大發展。"用於檢測 IGBT的測試裝置"（專利申請號：CN200910070189)主要涉及測定IGBT的好壞，具體手段 是通過檢測電阻器的PWM波形來確定其好壞；"一種IGBT結溫檢測裝置及其方法"（專利 申請號：CN201110038568)主要涉及IGBT結溫的檢測，具體手段是通過確定IGBT的結溫 升再加上IGBT散熱器的溫度來確定IGBT結溫；"一種IGBT溫度檢測電路"（專利申請號： CN201310230871)主要涉及對IGBT溫度的監測，具體手段是採用Η橋式差分輸入電路來抑 制共模幹擾和電阻溫漂問題來使溫度的測定更準確；"一種IGBT溫度檢測方法"（專利申 請號：CN201210230805)主要涉及對IGBT溫度進行計算的方法，具體手段是通過採集NTC 熱敏電阻的電壓信號來計算IGBT的溫度，具有實時監控的作用；以上專利或只對測試模塊 進行簡單的測試，或間接地對IGBT結溫進行監測和計算，但均不涉及對IGBT結溫的直接監 測，同樣地也不涉及功率循環強度的試驗，沒有研究功率循環強度與溫度之間的相關性。
[0005] 為了模擬IGBT模塊的實際工況並對模塊進行動態性能的測試，需要一種功率循 環強度不斷循環變化且對模塊溫度能實時監測的試驗系統。


【發明內容】

[0006] 本發明的目的在於針對當前技術的不足，提供一種IGBT動態性能測試裝置及其 運行方法。該裝置通過將負載電阻分別與多路循環時間繼電器相連後接到直流穩壓源兩 端，從而達到無需人為幹涉就能自動使電流不斷循環變化的目的；利用IGBT矽凝膠灌封技 術使光纖傳感器與待測IGBT模塊內部晶片相連，從而達到直接對模塊結溫進行採集的目 的；同時將溫度傳感器與溫控器相連，再分別與散熱風扇和驅動電路供電電源相連，達到對 待測IGBT模塊進行過溫雙保護的目的。調節直流穩壓源的幅值能控制IGBT模塊兩端的電 壓（集射極電壓），通過信號發生器能動態調節IGBT的工作頻率，通過對多路循環時間繼電 器進行時間設置能自動改變接入迴路中負載的路數來控制流過模塊的集電極電流，從而達 到模塊的功率強度不斷循環變化的目的；同時能通過溫度傳感器與光纖溫度傳感器分別對 模塊銅底板的溫度和模塊內部發熱晶片的結溫進行溫度數據的採集，進而能對其熱阻參數 進行動態提取；通過對溫控器的溫度值進行設置來對散熱風扇的開關以及驅動電路的通斷 進行控制，從而達到對模塊進行過溫保護的目的。
[0007] 本發明的技術方案為：
[0008] -種IGBT動態性能測試裝置，其組成包括試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲 系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統，其中，IGBT過溫 保護系統與IGBT驅動電路相連；試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二溫度採 集存儲系統和示波器各自獨立；測試時IGBT測試模塊分別與試驗電流產生電路、第一溫度 採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統相連。
[0009] 所述的試驗電流產生電路，其組成包括直流穩壓源、多路循環時間繼電器和負載 電阻，其連接方式是：多個負載電阻的一端分別與多路循環時間繼電器相連，另一端與直流 穩壓電源的一端相連，多路循環時間繼電器的另一端與直流穩壓電源的另一端相連。
[0010] 所述的第一溫度採集存儲系統，其組成包括第一溫度傳感器、溫度信號採集模塊、 溫度信號傳輸模塊和第一計算機組成，其連接方式是：第一溫度傳感器、溫度信號採集模 塊、溫度信號傳輸模塊和第一計算機依次相連。
[0011] 所述的第二溫度採集存儲系統，其組成包括光纖傳感器、溫度信號解調器和第二 計算機組成，其連接方式是：光纖傳感器、溫度信號解調器和第二計算機依次相連。
[0012] 所述的IGBT驅動電路，主要包括信號發生器、光耦信號放大器、驅動器、不平衡電 路、穩壓電路和直流電源，其連接方式是：信號發生器、光耦信號放大器、驅動器、不平衡電 路和穩壓電路依次相連；直流電源包括第一直流電源和第二直流電源，第一直流電源和第 二直流電源分別與光耦信號放大器和驅動器相連接；驅動器與不平衡電路相連。
[0013] 所述的IGBT過溫保護系統，其組成包括第二溫度傳感器、溫控器、兩個散熱風扇， 其連接方式是：第二溫度傳感器與溫控器相連，兩個並行工作的散熱風扇與溫控器相連。
[0014] 所述的不平衡電路包括兩個二極體Di和D2、開通電阻Rm以及關斷電阻R#，其連 接方式是：開通電阻R m與二極體Di正向串聯，關斷電阻R#與二極體D2反向串聯，將正向 串聯電路與反向串聯電路相併聯組成不平衡電路。
[0015] 所述的穩壓電路包括15V穩壓二極體DZi、反向8V穩壓二極體DZ2和保護電阻R， 其連接方式是：15V穩壓二極體0?和反向8V穩壓二極體DZ 2相串聯後與保護電阻R相併 聯組成穩壓電路。
[0016] 本發明的IGBT動態性能測試裝置的運行方法，包括以下步驟：
[0017] 首先，將IGBT測試模塊分別與試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二 溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統相連；其中，對IGBT測試模 塊進行封裝；然後開始運行以下步驟：
[0018] (1)系統初始化，啟動計算機，等待溫度數據的存儲與顯示；
[0019] (2)試驗參數設置：
[0020] ①啟動試驗電流產生電路中的直流穩壓源，調出實驗所需的直流母線電壓；
[0021] ②調節IGBT驅動電路中的信號發生器，設置IGBT模塊的柵極驅動方波信號，包括 信號頻率調節以及信號佔空比調節，準備為驅動器輸送驅動信號；
[0022] ③對接入迴路的負載路數進行設置，為兩種方法之一：
[0023] A.當測試某一固定電流下IGBT模塊的各項性能時，通過控制試驗電流產生電路 中的多路循環時間繼電器，將與所需接入迴路的負載相連的繼電器設置為常閉狀態，而將 與不需要接入迴路的負載相連的繼電器設置為常開狀態；
[0024] 或者，B.當進行功率循環強度的試驗時，對每路負載接入或退出迴路的時間間隔 進行設置，通過對試驗電流產生電路中的多路循環時間繼電器的設置來完成，設置每路負 載接入迴路的時間間隔依次為{t 1+，t2+……t2(l+}，則各路負載按照設置的時間間隔依次接入 迴路，20路負載接入迴路的時間總和t+ = t1++t2......+t2(l+ ;等待20路負載全部接入迴路之 後各路負載需要依次退出迴路，假設設置每路負載退出迴路的時間間隔依次{tp，t2_…… ，則各路負載按照設置的時間間隔依次退出迴路，20路負載接入迴路的時間總和t_ = t卜+t2_......+t2(l_ ;-個循環的總時間 t = t.+t_ = t1++t2......+t2(l++t卜+t2_......+t 2(l_,同時多路 循環時間繼電器對循環的次數進行設置；
[0025] ④設置IGBT過溫保護系統內的溫控器的溫度上限值和下限值，控制IGBT模塊散 熱風扇的開關以及驅動電路供電電源的通斷，從而確保模塊不會因為過溫而失效，具體做 法如下：
[0026] 設置溫控器的溫度上限值TH和下限值?Υ，當溫度傳感器檢測到IGBT銅底板的溫 度高於T H時，溫控器內的繼電器開始動作，繼電器常開埠變常閉，散熱風扇開始轉動進而 加快模塊的散熱達到使模塊降溫的目的；與此同時，繼電器常閉埠變常開，驅動電路供電 電源斷開，驅動電路停止工作；當溫度傳感器檢測到模塊溫度低於?Υ時，溫控器內的繼電器 重新動作，此時繼電器常閉埠變常開而使散熱風扇停止轉動，繼電器常開埠變常閉而 使驅動電路重新投入工作；
[0027] (3)閉合主開關，使電路處於閉合狀態，檢查各儀表是否顯示正常以及各負載支路 是否連接正常；
[0028] (4)啟動第一溫度採集存儲系統和第二溫度採集存儲系統，分別對測試模塊銅底 板溫度和內部發熱晶片溫度進行溫度數據的存儲和顯示；
[0029] (5)按下所有直流電源的供電開關，整個測試裝置進行工作；
[0030] (6)判斷系統是否運行正常以及檢測到的模塊銅底板溫度是否達到溫控器設定 上限值，如果系統運行正常且在工作過程中檢測到的模塊銅底板溫度沒有達到溫控器設定 上限值，待試驗達到穩態後利用示波器對測試模塊的電流電壓進行測試；如果系統運行不 正常或者在工作過程中檢測到的模塊銅底板溫度達到溫控器設定上限值，系統自動停止工 作，待銅底板溫度達到溫控器設定下限值時系統重新運行；
[0031] (7) -輪試驗完成後，按下關閉按鈕，系統停止工作。
[0032] 所述的IGBT測試模塊封裝方法，其組成包括IGBT模塊、導熱矽脂、散熱片、第一溫 度採集存儲系統中的第一溫度傳感器、IGBT過溫保護系統中的第二溫度傳感器和第二溫度 採集存儲系統中的光纖傳感器，其連接方式是：IGBT模塊、導熱矽脂和散熱片依次相連，散 熱片經打孔處理，分別在IGBT測試模塊內部兩個IGBT晶片所對應的正下方各自留有一個 通孔，第一溫度傳感器置於散熱片左端通孔中、第二溫度傳感器置於散熱片右端通孔中；利 用IGBT矽凝膠灌封技術對IGBT測試模塊進行處理，將光纖溫度傳感器緊貼於IGBT模塊內 部左側IGBT晶片上面進行測溫；將導熱矽脂均勻地塗在IGBT模塊銅底板和散熱片上面用 於IGBT模塊與散熱片的連接，其厚度為100-200 μ m。
[0033] 所述的IGBT矽凝膠灌封技術對IGBT測試模塊進行處理的方法，包括以下步驟： [0034] (1)將IGBT模塊打開，向模塊內部注入環氧樹脂溶解劑，待矽凝膠全部溶解後將 溫度採集存儲系統中的光纖溫度傳感器壓到IGBT晶片上，利用晶片上方的鍵合鋁線將傳 感器固定住，然後將模塊放置在恆溫箱中；
[0035] (2)取RTV矽膠中的的A膠、B膠分別置於單獨的燒杯中，各自去除沉澱後攪拌均 勻；
[0036] (3)將攪拌好的A膠直接倒入塑料杯中，再倒入A膠質量十分之一的B膠，用攪拌 棒順著一個方向充分攪拌塑料杯中的膠水；
[0037] (4)將混合好的膠水靜置4?6分鐘；
[0038] (5)將膠水倒入模塊內部，使其充滿整個模塊，根據產品要求選擇灌封厚度；
[0039] (6)直接將產品置於恆溫箱中進行65°C下加熱處理2小時，待固化後將模塊封裝 好即可。
[0040] 本發明的有益效果為：
[0041] (1)本發明的IGBT動態性能測試裝置，本試驗對模塊電壓電流都留有測試埠， 利用示波器或高速數據採集卡能對模塊任意狀態下的集射極電壓和集電極電流進行檢測 和數據存儲，採用相關軟體能對採集的電壓電流數據進行處理，獲得模塊精確的功耗以及 電流電壓波形；
[0042] (2)本發明的IGBT動態性能測試裝置，能夠對IGBT測試模塊銅底板溫度以及內部 發熱晶片的結溫同時且自動地進行採集，且通過相關計算能對模塊熱阻參數進行提取，從 而對IGBT測試模塊的老化狀態進行評估；
[0043] (3)本發明的IGBT動態性能測試裝置，能夠對IGBT模塊工作頻率進行實時調節， 從而能探究IGBT模塊工作頻率的變化對模塊發熱的影響；
[0044] (4)本發明的IGBT動態性能測試裝置，試驗電流由多路循環時間繼電器來控制各 路負載的接入或切除來獲得，從而能獲得功率循環強度與溫度之間的相關性；
[0045] (5)本發明的IGBT動態性能測試裝置，具有兩路同時工作的過溫保護功能，能夠 精確地將IGBT模塊的溫度維持在設置的溫度安全範圍內，保證了裝置的可靠性運行。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0046] 圖1是本發明的結構示意圖；其中，1 -測試模塊；2 -試驗電流產生電路；3-第一 溫度採集存儲系統；4-第二溫度採集存儲系統；5-示波器；6-IGBT驅動電路；7-IGBT過溫 保護系統。
[0047] 圖2是本發明的試驗電流產生電路。
[0048] 圖3是本發明IGBT驅動電路。
[0049] 圖4是本發明的溫度採集存儲和過溫保護系統。
[0050] 圖5是本發明的第一溫度採集存儲系統3、第二溫度採集存儲系統4以及IGBT過 溫保護系統7與IGBT模塊的連接結構圖。
[0051] 圖6是本發明的試驗運行流程圖。
[0052] 圖7是本發明的具體電路連接圖。
[0053] 圖8是本發明經過測試得到的功率循環強度與溫度的相關性譜圖。
[0054]

【具體實施方式】（結合附圖具體說明） 實施例：
[0055] 如圖1所示，本發明的IGBT動態性能測試裝置，其組成包括試驗電流產生電路2、 第一溫度採集存儲系統3、第二溫度採集存儲系統4、示波器5、IGBT驅動電路6、IGBT過溫 保護系統7,其中，IGBT過溫保護系統7與IGBT驅動電路6相連；試驗電流產生電路2、第 一溫度採集存儲系統3、第二溫度採集存儲系統4和示波器5各自獨立；測試時IGBT測試 模塊1分別與試驗電流產生電路2、第一溫度採集存儲系統3、第二溫度採集存儲系統4、示 波器5、IGBT驅動電路6、IGBT過溫保護系統7相連。
[0056] 本發明的IGBT測試模塊1採用型號為MMG75SR120B的宏微IGBT模塊，其耐壓等 級（V ees)為1200V，電流等級（I。）為75A。
[0057] 本發明的示波器5採用型號為DP0 4045的泰克高速數字示波器，示波器的電壓探 頭直接與IGBT測試模塊1的集電極和發射極接線端子相連，電流探頭直接夾在IGBT測試 模塊1的集電極引線上。示波器最高帶寬為500MHz，所有模擬通道上的採樣速率高達5GS/ s，顯示速率為50000個波形/秒，記錄長度為10兆點。
[0058] 如圖2所示，本發明的試驗電流產生電路2,其組成包括直流穩壓源、多路循環時 間繼電器和負載電阻，其連接方式是：多個負載電阻的一端分別與多路循環時間繼電器相 連，另一端與直流穩壓電源的一端相連，多路循環時間繼電器的另一端與直流穩壓電源的 另一端相連。其中，同規格負載電阻並聯後（負載數量是由直流穩壓源的功率決定的，本 實驗採用的直流穩壓源為2002年產的，工作參數為0?60V/0?30A，也即是工作電壓調 節為60V時線路的最大電流為30A，也即是文中所說的20個負載，如果直流穩壓源的功率 變大的話則負載的數量可增多（本試驗使用IGBT測試模塊型號為MMG75SR120B，耐壓等級 (VJ 1200V，電流等級（IJ75A))連接在直流穩壓源兩端；同時每個並聯的負載電阻分支分 別通過多路循環時間繼電器，與多路循環時間繼電器中的固態繼電器相串聯（即迴路是這 樣的：直流穩壓源的正極與多路循環時間繼電器相連，多路循環時間繼電器與負載電阻相 連，負載電阻與IGBT測試模塊1的輸入集電極接線端子相連，接著IGBT測試模塊1的輸出 發射極接線端子再與直流穩壓源負極相連，形成整個迴路。即直流穩壓源--多路循環時 間繼電器--負載--IGBT測試模塊1--直流穩壓源。）。通過人為的手段對多路循環 時間繼電器進行時間設置來控制每條負載接入迴路的時間間隔，相應地，通過對多路循環 時間繼電器進行時間設置也能控制每條負載從迴路切除的時間間隔，從而實現對幹路電流 大小的控制，實現功率循環強度不斷變化的實驗。
[0059] 其中，直流穩壓源採用DF1760L30A，其輸出電壓為0?60V，輸出電流為0? 30A ;多路循環時間繼電器採用兩個16路時間繼電器並行使用；負載電阻數量為20個， 40Ω/20(Μ 電阻。
[0060] 如圖3所示，本發明的IGBT驅動電路6,主要包括信號發生器、光耦信號放大器、 驅動器、不平衡電路、穩壓電路和直流電源，其連接方式是：信號發生器、光耦信號放大器、 驅動器、不平衡電路和穩壓電路依次相連，穩壓電路直接與IGBT測試模塊1的柵極和發射 極接線端子相連，為IGBT測試模塊提供驅動信號；直流電源包括直流電源1和直流電源2， 直流電源1和直流電源2分別與光耦信號放大器和驅動器相連接；驅動器通過其埠 X2. 1 和X2. 2與不平衡電路相連。驅動器的X2. 1和X2. 2端經過不平衡電路和穩壓電路後分別 與IGBT測試模塊1的兩個埠相連接，驅動器的X2. 4端與IGBT測試模塊1的另一埠 相連，其中，驅動器經過與不平衡電路與穩壓電路進行依次連接後引出三個埠，埠 4接 IGBT的集電極，埠 2接IGBT的柵極，埠 1接IGBT的發射極。
[0061] 不平衡電路包括兩個二極體Di和D2、開通電阻Rm以及關斷電阻R#，其連接方式 是：開通電阻1--與二極體DiE向串聯，關斷電阻1?。"與二極體仏反向串聯，將正向串聯電路 與反向串聯電路相併聯組成不平衡電路。本電路的作用一是消除迴路振蕩，作用二是限制 開關管的開關速率。如圖3下側所示，驅動板X2. 2與X2. 1之間會產生+15V和-8V的方波 驅動信號，但是此時的方波信號並不是真正意義上的方波，如果直接輸送給IGBT測試模塊 則會使器件的開關很不穩定同時迴路會產生很強的振蕩；其解決手段是當信號為+15V時， 使其通過10 Ω電阻與正向二極體的串聯電路，當信號為-8V時，使其通過20 Ω電阻與反向 二極體的串聯電路，從而有效消除了迴路振蕩同時控制了 IGBT模塊的開關速率，避免了由 於驅動速度過快而導致IGBT模塊的電壓電流變化率的急速提高而對整個裝置產生很大的 幹擾。
[0062] 穩壓電路包括15V穩壓二極體DZi、反向8V穩壓二極體DZ2和保護電阻R，其連接 方式是：15V穩壓二極體DZi和反向8V穩壓二極體DZ 2相串聯後與保護電阻R相併聯組成 穩壓電路。本電路的作用是消除從驅動器出來的方波信號的毛刺，使方波信號的幅值穩定 在 +15V 和-8V。
[0063] 本電路實現的主要功能是對IGBT驅動信號的控制，可實現對IGBT工作頻率以及 佔空比的調節，電路的基本原理是：首先對信號發生器通過手動的方式來調節所需的方波 頻率、佔空比以及幅值，輸出特定佔空比、頻率以及幅值為+10V和0V的方波信號；接著將 信號發生器發出的信號輸送至TLP250中進行信號放大，通過TLP250後信號放大至+15V和 0V從而滿足驅動器PSHI2012的輸入要求；最後將放大信號輸送至驅動器後驅動器會發出 +15V和-8V的驅動信號，由於此時的信號會有一定的毛刺，所以將驅動器發出的信號經過 不平衡電路（提供不同的開通關斷電壓）後通過+15V以及-8V的穩壓管進行穩壓，從而達 到對IGBT進行驅動的目的。
[0064] 其中，信號發生器採用FG708S ;直流電源1採用24V直流電源、直流電源2採用15V 直流電源；光耦信號發大器採用TLP250 ;驅動器採用PSHI2012 A和D2均採用IN4007DZ1 ; DZi 採用 IN5352, DZ2 採用 IN5344 ;Rm 為 10 Ω，RQff 為 20 Ω，R 為 10K Ω。
[0065] 如圖4所示，本發明的第一溫度採集存儲系統3,其組成包括第一溫度傳感器、溫 度信號採集模塊、溫度信號傳輸模塊和第一計算機組成，其連接方式是：第一溫度傳感器、 溫度信號採集模塊、溫度信號傳輸模塊和第一計算機依次相連，計算機對溫度數據進行顯 示和存儲；本系統通過溫度傳感器對IGBT測試模塊銅底板溫度（也即是IGBT測試模塊1 的殼溫）進行採集，並通過無線傳輸技術將溫度數據保存並顯示在計算機上。
[0066] 其中，第一溫度傳感器採用DS18B20-1，檢測溫度範圍為-55°C?+125°C (精度 ±0. rc );溫度信號採集模塊採用無線數據採集設備SZ06 ;溫度信號傳輸模塊採用無線數 據傳輸設備SZ02-USB-2K。
[0067] 如圖4所示，本發明的第二溫度採集存儲系統4,其組成包括光纖傳感器、溫度信 號解調器和第二計算機組成，其連接方式是：光纖傳感器、溫度信號解調器和第二計算機 依次相連，計算機對溫度數據進行顯示和存儲；通過對IGBT測試模塊進行特殊處理，在對 IGBT測試模塊沒有任何損傷的前提下將光纖溫度傳感器緊貼在IGBT測試模塊內部的發熱 晶片上來對溫度信號進行採集，並將溫度數據保存並顯示在計算機上。
[0068] 其中，光纖傳感器採用光纖溫度傳感器0SP-A，檢測溫度範圍為-50°C?+150°C ; 溫度信號解調器採用MUS-P4-62SC。
[0069] 本發明中，利用IGBT矽凝膠灌封技術對IGBT測試模塊進行處理的方法，具體包括 以下步驟：
[0070] (1)將IGBT模塊打開，向模塊內部注入環氧樹脂溶解劑，待矽凝膠全部溶解後將 溫度採集存儲系統4中的光纖溫度傳感器壓到IGBT晶片上，利用晶片上方的鍵合鋁線將傳 感器固定住，然後將模塊放置在恆溫箱中；
[0071] (2)取RTV矽膠中的的A膠、B膠分別置於單獨的燒杯中，各自去除沉澱後攪拌均 勻；
[0072] (3)將攪拌好的A膠直接倒入塑料杯中，再倒入A膠質量十分之一的B膠，用攪拌 棒順著一個方向充分攪拌塑料杯中的膠水；（所述的RTV矽膠型號為RTVS601 PT-A)
[0073] ⑷將混合好的膠水靜置4?6分鐘；
[0074] (5)將膠水倒入模塊內部，使其充滿整個模塊，根據產品要求選擇灌封厚度；
[0075] (6)直接將產品置於恆溫箱中進行65°C下加熱處理2小時，待固化後將模塊封裝 好即可。
[0076] 如圖4所示，本發明的IGBT過溫保護系統7,其組成包括第二溫度傳感器、溫控器、 兩個散熱風扇，其連接方式是：第二溫度傳感器與溫控器相連，兩個並行工作的散熱風扇與 溫控器中繼電器K1的常開埠相連，散熱風扇直接對IGBT測試模塊1進行風冷散熱；溫控 器中繼電器K2的常閉埠與驅動電路6內的直流電源2相連。該系統通過第二溫度傳感 器對IGBT測試模塊銅底板的溫度（殼溫）進行檢測來控制散熱風扇的開關以及驅動電路 供電電源的通斷，達到對IGBT測試模塊進行過溫保護的目的。
[0077] 其中，第二溫度傳感器採用DS18B20-2,檢測溫度範圍為-55°C?+125°C (精度 ±0. 1°C );溫控器採用HRM100 ;散熱風扇採用DP200A P/N2123HSL。
[0078] 本發明的裝置中的組成可以分布在一個裝置櫃內。
[0079] 如圖5所示，本發明的IGBT測試模塊1的封裝圖，其組成包括IGBT模塊、導熱矽 月旨、散熱片、第一溫度採集存儲系統3中的第一溫度傳感器、IGBT過溫保護系統7中的第二 溫度傳感器和第二溫度採集存儲系統4中的光纖傳感器，其連接方式是：IGBT模塊、導熱矽 脂和散熱片依次相連，散熱片經打孔處理，分別在IGBT測試模塊內部兩個IGBT晶片所對應 的正下方各自留有一個通孔，第一溫度傳感器置於散熱片左端通孔中、第二溫度傳感器置 於散熱片右端通孔中，兩個溫度傳感器分別經通孔對IGBT模塊銅底板進行測溫（也即是對 IGBT模塊的外部殼溫進行採集）；利用IGBT矽凝膠灌封技術對IGBT測試模塊進行處理，將 光纖溫度傳感器緊貼於IGBT模塊內部左側IGBT晶片上面進行測溫（也即是對IGBT模塊 的內部晶片的結溫進行採集）；導熱矽脂用於將散熱片與IGBT模塊緊密粘合在一起，其厚 度為100-200 μ m，IGBT模塊與散熱片通過導熱矽脂進行傳熱。將導熱矽脂均勻地塗在IGBT 模塊銅底板和散熱片上面用於IGBT模塊與散熱片的連接，其厚度為100-200 μ m。
[0080] 散熱片經打孔處理，分別在IGBT測試模塊內部兩個IGBT晶片所對應的正下方各 自留有一個通孔，第一溫度傳感器置於散熱片左端通孔中、第二溫度傳感器置於散熱片右 端通孔中，利用IGBT矽凝膠灌封技術對IGBT測試模塊進行處理，將光纖溫度傳感器緊貼於 IGBT模塊內部左側IGBT晶片上面。
[0081] 其中，導熱矽脂採用信越G747,導熱率為

【權利要求】
1. 一種IGBT動態性能測試裝置，其特徵為其組成包括試驗電流產生電路、第一溫度 採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統，其中， IGBT過溫保護系統與IGBT驅動電路相連；試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第 二溫度採集存儲系統和示波器各自獨立；測試時IGBT測試模塊分別與試驗電流產生電路、 第一溫度採集存儲系統、第二溫度採集存儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系 統相連； 所述的試驗電流產生電路，其組成包括直流穩壓源、多路循環時間繼電器和負載電阻， 其連接方式是：多個負載電阻的一端分別與多路循環時間繼電器相連，另一端與直流穩壓 電源的一端相連，多路循環時間繼電器的另一端與直流穩壓電源的另一端相連； 所述的第一溫度採集存儲系統，其組成包括第一溫度傳感器、溫度信號採集模塊、溫度 信號傳輸模塊和第一計算機組成，其連接方式是：第一溫度傳感器、溫度信號採集模塊、溫 度信號傳輸模塊和第一計算機依次相連； 所述的第二溫度採集存儲系統，其組成包括光纖傳感器、溫度信號解調器和第二計算 機組成，其連接方式是：光纖傳感器、溫度信號解調器和第二計算機依次相連； 所述的IGBT驅動電路，主要包括信號發生器、光耦信號放大器、驅動器、不平衡電路、 穩壓電路和直流電源，其連接方式是：信號發生器、光耦信號放大器、驅動器、不平衡電路和 穩壓電路依次相連；直流電源包括第一直流電源和第二直流電源，第一直流電源和第二直 流電源分別與光耦信號放大器和驅動器相連接；驅動器與不平衡電路相連； 所述的IGBT過溫保護系統，其組成包括第二溫度傳感器、溫控器、兩個散熱風扇，其連 接方式是：第二溫度傳感器與溫控器相連，兩個並行工作的散熱風扇與溫控器相連。
2. 如權利要求書所述的IGBT動態性能測試裝置，其特徵為所述的不平衡電路包括兩 個二極體込和D2、開通電阻R m以及關斷電阻R#，其連接方式是：開通電阻Rm與二極體Di 正向串聯，關斷電阻艮"與二極體仏反向串聯，將正向串聯電路與反向串聯電路相併聯組成 不平衡電路； 所述的穩壓電路包括15V穩壓二極體DZi、反向8V穩壓二極體DZ2和保護電阻R，其連 接方式是：15V穩壓二極體DZi和反向8V穩壓二極體DZ2相串聯後與保護電阻R相併聯組 成穩壓電路。
3. 如權利要求1中IGBT動態性能測試裝置的運行方法，其特徵為包括以下步驟： 將IGBT測試模塊分別與試驗電流產生電路、第一溫度採集存儲系統、第二溫度採集存 儲系統、示波器、IGBT驅動電路、IGBT過溫保護系統相連；其中，對IGBT測試模塊進行封裝； 然後開始運行以下步驟： (1) 系統初始化，啟動計算機，等待溫度數據的存儲與顯示； (2) 試驗參數設置： ① 啟動試驗電流產生電路中的直流穩壓源，調出實驗所需的直流母線電壓； ② 調節IGBT驅動電路中的信號發生器，設置IGBT模塊的柵極驅動方波信號，包括信號 頻率調節以及信號佔空比調節，準備為驅動器輸送驅動信號； ③ 對接入迴路的負載路數進行設置，為兩種方法之一： A.當測試某一固定電流下IGBT模塊的各項性能時，通過控制試驗電流產生電路中的 多路循環時間繼電器，將與所需接入迴路的負載相連的繼電器設置為常閉狀態，而將與不 需要接入迴路的負載相連的繼電器設置為常開狀態； 或者，B.當進行功率循環強度的試驗時，對每路負載接入或退出迴路的時間間隔進行 設置，通過對試驗電流產生電路中的多路循環時間繼電器的設置來完成，設置每路負載接 入迴路的時間間隔依次為{t1+，t 2+……t2(l+}，則各路負載按照設置的時間間隔依次接入回 路，20路負載接入迴路的時間總和t+ = t1++t2......+t2(l+ ;等待20路負載全部接入迴路之 後各路負載需要依次退出迴路，假設設置每路負載退出迴路的時間間隔依次{tp，t2_…… ，則各路負載按照設置的時間間隔依次退出迴路，20路負載接入迴路的時間總和t_ = t卜+t2_......+t2(l_ ;-個循環的總時間 t = t.+t_ = t1++t2......+t2(l++t卜+t2_......+t 2(l_,同時多路 循環時間繼電器對循環的次數進行設置； ④設置IGBT過溫保護系統內的溫控器的溫度上限值和下限值，步驟如下： 設置溫控器的溫度上限值TH和下限值?Υ，當溫度傳感器檢測到IGBT銅底板的溫度高 於TH時，溫控器內的繼電器開始動作，繼電器常開埠變常閉，散熱風扇開始轉動進而加快 模塊的散熱達到使模塊降溫的目的；與此同時，繼電器常閉埠變常開，驅動電路供電電源 斷開，驅動電路停止工作；當溫度傳感器檢測到模塊溫度低於?Υ時，溫控器內的繼電器重新 動作，此時繼電器常閉埠變常開而使散熱風扇停止轉動，繼電器常開埠變常閉而使驅 動電路重新投入工作； (3) 閉合主開關，使電路處於閉合狀態，檢查各儀表是否顯示正常以及各負載支路是否 連接正常； (4) 啟動第一溫度採集存儲系統和第二溫度採集存儲系統，分別對測試模塊銅底板溫 度和內部發熱晶片溫度進行溫度數據的存儲和顯示； (5) 按下所有直流電源的供電開關，整個測試裝置進行工作； (6) 判斷系統是否運行正常以及檢測到的模塊銅底板溫度是否達到溫控器設定上限 值，如果系統運行正常且在工作過程中檢測到的模塊銅底板溫度沒有達到溫控器設定上限 值，待試驗達到穩態後利用示波器對測試模塊的電流電壓進行測試；如果系統運行不正常 或者在工作過程中檢測到的模塊銅底板溫度達到溫控器設定上限值，系統自動停止工作， 待銅底板溫度達到溫控器設定下限值時系統重新運行； (7) -輪試驗完成後，按下關閉按鈕，系統停止工作。
4. 如權利要求3中IGBT動態性能測試裝置的運行方法，其特徵為所述的IGBT測試模 塊封裝方法，其組成包括IGBT模塊、導熱矽脂、散熱片、第一溫度採集存儲系統中的第一溫 度傳感器、IGBT過溫保護系統中的第二溫度傳感器和第二溫度採集存儲系統中的光纖傳 感器，其連接方式是：IGBT模塊、導熱矽脂和散熱片依次相連，散熱片經打孔處理，分別在 IGBT測試模塊內部兩個IGBT晶片所對應的正下方各自留有一個通孔，第一溫度傳感器置 於散熱片左端通孔中、第二溫度傳感器置於散熱片右端通孔中；利用IGBT矽凝膠灌封技術 對IGBT測試模塊進行處理，將光纖溫度傳感器緊貼於IGBT模塊內部左側IGBT晶片上面進 行測溫；將導熱矽脂均勻地塗在IGBT模塊銅底板和散熱片上面用於IGBT模塊與散熱片的 連接，其厚度為100-200 μ m。
5. 如權利要求3中IGBT動態性能測試裝置的運行方法，其特徵為所述的IGBT矽凝膠 灌封技術對IGBT測試模塊進行處理的方法，包括以下步驟： (1)將IGBT模塊打開，向模塊內部注入環氧樹脂溶解劑，待矽凝膠全部溶解後將溫度 採集存儲系統中的光纖溫度傳感器壓到IGBT晶片上，利用晶片上方的鍵合鋁線將傳感器 固定住，然後將模塊放置在恆溫箱中； (2) 取RTV矽膠中的的A膠、B膠分別置於單獨的燒杯中，各自去除沉澱後攪拌均勻； (3) 將攪拌好的A膠直接倒入塑料杯中，再倒入A膠質量十分之一的B膠，用攪拌棒順 著一個方向充分攪拌塑料杯中的膠水； (4) 將混合好的膠水靜置4?6分鐘； (5) 將膠水倒入模塊內部，使其充滿整個模塊，根據產品要求選擇灌封厚度； 直接將產品置於恆溫箱中進行65°C下加熱處理2小時，待固化後將模塊封裝好即可。
【文檔編號】G01R31/26GK104251965SQ201410492377
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2014年9月24日 優先權日:2014年9月24日
【發明者】姚芳, 黃歡, 李志剛, 趙靖英, 李錚, 馬力, 嶽巍澎, 李龍, 朱斯 申請人:河北工業大學, 國家電網公司, 國網新源張家口風光儲示範電站有限公司