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发表时间: 2022-09-28 11:26:35

作者: 福州英诺电子科技有限公司


IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,即绝缘栅双极型晶体管)的性能则直接会影响电机控制器的性能。电机控制器的温度快速上升容易触发IGBT过热报警,进入电机限功率从而停止工作影响车辆的正常使用。并且电机控制器长期过载使用,易导致因电机控制器因过热而使IGBT损坏。因此针对电动汽车的电机控制器实现对IGBT温度的监测和控制则显得十分重要。


电机控制器的IGBT的温度受其损耗的影响,当其工作在高开关频率时会导致IGBT的损耗增加,在散热条件一定的情况下,IGBT的温度会增大并且其热失效的概率也会增大。现有技术中通过采用变开关频率技术来实现当电动汽车在不同工况下运行时通过控制IGBT工作在不同开关频率进而实现对IGBT温度的控制。现有技术用的IGBT温度保护变频控制方法,通过调节开关频率使IGBT的热损耗平衡,确保其温度维持在正常水平。此技术依赖于对IGBT热损耗的准确估算,在对结温估算分析的过程中忽视了调制系数对结温的影响,同时在确定开关频率的过程中未考虑不同开关频率下的电流谐波对电机的影响,如果电流谐波过大会引起电机损耗加大,电机发热等现象。


IGBT为什么要测温


以IGBT为代表的半导体功率器件是变流器的核心部件之一,也是主要的发热部件之一,其热管理极其重要,在很大程度上影响着器件的寿命和变流器的可使用年限。热主要从两个温度方面影响IGBT器件寿命,一是允许温度,当前工业类的IGBT器件最高允许温度大多为150℃,小部分为175℃,超过允许温度,器件可靠性得不到保证,很容易失效;二是温度波动或者叫温度循环,因为IGBT器件内部包含多种材料,而每种的材料热膨胀率不一样,温度波动使得器件反复地膨胀和收缩,而不同材料的膨胀和收缩程度不一样,频繁的温度波动会带来IGBT器件因热疲劳而失效的问题。IGBT器件允许温度在当前的变流器中都会被关注,并且产品设计时会留有一定裕量;而温度波动在很多时候被较少关注,即使关注温度波动,也主要考虑避免波动时的IGBT结温超过允许温度,而不是关注温度循环寿命,因为温度波动造成的器件热疲劳与波动的频率和幅值密切相关,是一个的长期积累的过程。


在当今对供电质量要求日益严格的大背景下,用户对电力电子设备的可靠性要求也日益提高。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)模块是目前大功率电力电子设备采用的主流开关器件,也是大功率电力电子设备中最重要的元件,它的可靠性是大功率电力电子设备可靠性的重要保证,所以,提高它的可靠性成为提高大功率电力电子设备可靠性的首要途径。

IGBT模块失效的主要原因有3:过压;过流;过温。由于电压和电流是电力电子设备必须要采集的信号,所以,过压或过流可以通过软件或硬件电路来预防。因此,过温成为IGBT模块失效的主要原因。防止IGBT模块过温的瓶颈在于如何实时、准确的获得IGBT模块内部管芯的温度。



IGBT模块光纤测温


IGBT荧光光纤测温系统采用无源的荧光光纤温度传感探头作为温度传感元件进行IGBT本体内发热元件的温度测量,测量不受电磁干扰影响,也不会出现高压击穿的情况。同时荧光光纤测温装置可以直接接触各IGBT本体内发热元件的表面,可以直接测量IGBT本体内发热元件的表面温度,测量结果最接近发热元件的真实温度,且能实时反映发热元件真实温度的变化。另外荧光光纤在IGBT本体内的布线简单方便,可以形成大量的温度监测点,能够有效实现对体积较小的IGBT本体内各发热元件同时进行监控。IGBT模块的光纤温度监测系统能够通过对IGBT模块传送的数据的分析获取IGBT模块内发热元件的温度实时变化,进而实现IGBT模块的温度监控。


IGBT模块监测只能通过采用检测设备进行检测,然后将检测出来的数据进行记录汇总,这样的检测方式只能够达到一次性监测的效果,而无法实现对IGBT模块在线监测的目的,在使用的过程中存在一定的局限性。IGBT模块作为新能源汽车电机控制器的核心元器件,它的使用安全对于新能源汽车的整车安全尤为重要。作为电驱动系统的核心功率电子器件,IGBT模块工作时会散发大量的热,需要通过水冷系统进行降温,并在模块内部集成温度传感器进行监测。但很多IGBT模块集成的温度传感器为热敏电阻在模块内部距离发热晶圆较远,灵敏度很低,且温差很大,对于我们安全且充分的发挥IGBT模块的性能带来难度。

IGBT,绝缘栅双极型晶体管,是由BJT和MOS组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域,IGBT

模块在电路方面的应用越发的广泛,但是现有的IGBT模块不具备准确测温的功能,同时外界其它设备的热量的传递也会对IGBT模块的运行造成影响,从而会降低IGBT模块的散热效率。

随着人们对能源和环境可持续发展的日益关注,功率器件受到越来越多能源系统的重视。IGBT作为功率器件之一,具有开发更高电压和电流额等级的优点和潜力,以得到广泛应用。然而,IGBT的持续小型化和功率额定值的快速增加,导致具有显著的高热流,IGBT工作过程中热量主要来源于芯片产生的结温。电子电力器件的工作性能和可靠性与芯片结温直接相关,芯片结温过高也是IGBT模块失效的主要原因,因此监测芯片温度,对于保护IGBT模块,延长使用寿命具有重要意义。


IGBT模块荧光光纤测温系统优点:


1、耐高压、抗干扰、绝缘;

2、光纤本质安全、防爆防燃;

3、测温稳定、无需维护、测温精度高、范围广。


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