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变流器中IGBT模块结温测量的自标定方法

结温是IGBT模块的重要状态变量,是功率单元热设计的基本参数,实时监测结温有助于减小系统设计余量,提高系统的功率密度,也可以分析预测IGBT模块的寿命,提高系统运行性能等。
然而由于模块封闭式结构、器件芯片尺寸小且温度分布不均以及变流器高电压、大电流、高频率运行等原因,IGBT结温测量十分困难。IGBT作为变流器核心部件,研发简便、准确、安全的IGBT模块结温测量技术对变流器性能评估,优化设计以及故障诊断都具有重要工程意义。
目前,对IGBT功率模块的结温测量技术主要分为两类:1)基于传感器的直接测量法,如:利用热电偶,光纤以及集成二极管等温度传感器进行测温的方法;2)基于温敏参数的间接测量法,如:利用通态压降,开关延迟时间,内部门极电阻等与器件结温直接相关的温敏参数进行测温的方法。直接测量法对传感器的安放位置有较高要求,此外还存在响应速度慢、硬件结构复杂以及绝缘安全等问题。温敏参数法则具有非侵入式测量的特点,无需改变被测系统的硬件结构,已成为结温测量技术发展的主要方向。使用温敏参数法的前提是能够准确建立温敏参数与器件结温间的函数关系,即温敏特性。现有技术都是在实验室中利用专业设备通过一系列标定实验对器件温敏特性进行测量。但由于器件特性的分散性,每个IGBT功率模块的温敏特性均不完全相同,这使得现有结温测量技术很难直接应用于工程实际系统中。
为克服现有技术的不足,论文提出一种适用于在工业现场实施的变流器IGBT功率模块温敏特性的自标定方法。该方法充分利用变流器系统中已有的硬件条件,通过专门设计的测试流程在现场对IGBT温敏特性进行自动标定,具有简便、安全等优点。文中详细介绍了该方法的基本原理与实施步骤并通过实验研究初步验证了该方法的可行性与有效性。
 
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