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IGBT光纖測溫

發表時間: 2022-04-15 11:26:35

作者: 福州英諾電子科技有限公司


IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,即絕緣柵雙極型晶體管)的性能則直接會影響電機控制器的性能。電機控制器的溫度快速上升容易觸發IGBT過熱報警,進入電機限功率從而停止工作影響車輛的正常使用。并且電機控制器長期過載使用,易導致因電機控制器因過熱而使IGBT損壞。因此針對電動汽車的電機控制器實現對IGBT溫度的監測和控制則顯得十分重要。


電機控制器的IGBT的溫度受其損耗的影響,當其工作在高開關頻率時會導致IGBT的損耗增加,在散熱條件一定的情況下,IGBT的溫度會增大并且其熱失效的概率也會增大?,F有技術中通過采用變開關頻率技術來實現當電動汽車在不同工況下運行時通過控制IGBT工作在不同開關頻率進而實現對IGBT溫度的控制?,F有技術用的IGBT溫度保護變頻控制方法,通過調節開關頻率使IGBT的熱損耗平衡,確保其溫度維持在正常水平。此技術依賴于對IGBT熱損耗的準確估算,在對結溫估算分析的過程中忽視了調制系數對結溫的影響,同時在確定開關頻率的過程中未考慮不同開關頻率下的電流諧波對電機的影響,如果電流諧波過大會引起電機損耗加大,電機發熱等現象。


IGBT為什么要測溫


以IGBT為代表的半導體功率器件是變流器的核心部件之一,也是主要的發熱部件之一,其熱管理極其重要,在很大程度上影響著器件的壽命和變流器的可使用年限。熱主要從兩個溫度方面影響IGBT器件壽命,一是允許溫度,當前工業類的IGBT器件最高允許溫度大多為150℃,小部分為175℃,超過允許溫度,器件可靠性得不到保證,很容易失效;二是溫度波動或者叫溫度循環,因為IGBT器件內部包含多種材料,而每種的材料熱膨脹率不一樣,溫度波動使得器件反復地膨脹和收縮,而不同材料的膨脹和收縮程度不一樣,頻繁的溫度波動會帶來IGBT器件因熱疲勞而失效的問題。IGBT器件允許溫度在當前的變流器中都會被關注,并且產品設計時會留有一定裕量;而溫度波動在很多時候被較少關注,即使關注溫度波動,也主要考慮避免波動時的IGBT結溫超過允許溫度,而不是關注溫度循環壽命,因為溫度波動造成的器件熱疲勞與波動的頻率和幅值密切相關,是一個的長期積累的過程。


在當今對供電質量要求日益嚴格的大背景下,用戶對電力電子設備的可靠性要求也日益提高。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極型晶體管)模塊是目前大功率電力電子設備采用的主流開關器件,也是大功率電力電子設備中最重要的元件,它的可靠性是大功率電力電子設備可靠性的重要保證,所以,提高它的可靠性成為提高大功率電力電子設備可靠性的首要途徑。

IGBT模塊失效的主要原因有3:過壓;過流;過溫。由于電壓和電流是電力電子設備必須要采集的信號,所以,過壓或過流可以通過軟件或硬件電路來預防。因此,過溫成為IGBT模塊失效的主要原因。防止IGBT模塊過溫的瓶頸在于如何實時、準確的獲得IGBT模塊內部管芯的溫度。



IGBT模塊光纖測溫


IGBT熒光光纖測溫系統采用無源的熒光光纖溫度傳感探頭作為溫度傳感元件進行IGBT本體內發熱元件的溫度測量,測量不受電磁干擾影響,也不會出現高壓擊穿的情況。同時熒光光纖測溫裝置可以直接接觸各IGBT本體內發熱元件的表面,可以直接測量IGBT本體內發熱元件的表面溫度,測量結果最接近發熱元件的真實溫度,且能實時反映發熱元件真實溫度的變化。另外熒光光纖在IGBT本體內的布線簡單方便,可以形成大量的溫度監測點,能夠有效實現對體積較小的IGBT本體內各發熱元件同時進行監控。IGBT模塊的光纖溫度監測系統能夠通過對IGBT模塊傳送的數據的分析獲取IGBT模塊內發熱元件的溫度實時變化,進而實現IGBT模塊的溫度監控。


IGBT模塊監測只能通過采用檢測設備進行檢測,然后將檢測出來的數據進行記錄匯總,這樣的檢測方式只能夠達到一次性監測的效果,而無法實現對IGBT模塊在線監測的目的,在使用的過程中存在一定的局限性。IGBT模塊作為新能源汽車電機控制器的核心元器件,它的使用安全對于新能源汽車的整車安全尤為重要。作為電驅動系統的核心功率電子器件,IGBT模塊工作時會散發大量的熱,需要通過水冷系統進行降溫,并在模塊內部集成溫度傳感器進行監測。但很多IGBT模塊集成的溫度傳感器為熱敏電阻在模塊內部距離發熱晶圓較遠,靈敏度很低,且溫差很大,對于我們安全且充分的發揮IGBT模塊的性能帶來難度。

IGBT,絕緣柵雙極型晶體管,是由BJT和MOS組成的復合全控型電壓驅動式功率半導體器件,兼有MOSFET的高輸入阻抗和GTR的低導通壓降兩方面的優點。GTR飽和壓降低,載流密度大,但驅動電流較大;MOSFET驅動功率很小,開關速度快,但導通壓降大,載流密度小。IGBT綜合了以上兩種器件的優點,驅動功率小而飽和壓降低。非常適合應用于直流電壓為600V及以上的變流系統如交流電機、變頻器、開關電源、照明電路、牽引傳動等領域,IGBT

模塊在電路方面的應用越發的廣泛,但是現有的IGBT模塊不具備準確測溫的功能,同時外界其它設備的熱量的傳遞也會對IGBT模塊的運行造成影響,從而會降低IGBT模塊的散熱效率。

隨著人們對能源和環境可持續發展的日益關注,功率器件受到越來越多能源系統的重視。IGBT作為功率器件之一,具有開發更高電壓和電流額等級的優點和潛力,以得到廣泛應用。然而,IGBT的持續小型化和功率額定值的快速增加,導致具有顯著的高熱流,IGBT工作過程中熱量主要來源于芯片產生的結溫。電子電力器件的工作性能和可靠性與芯片結溫直接相關,芯片結溫過高也是IGBT模塊失效的主要原因,因此監測芯片溫度,對于保護IGBT模塊,延長使用壽命具有重要意義。


IGBT模塊熒光光纖測溫系統優點:


1、耐高壓、抗干擾、絕緣;

2、光纖本質安全、防爆防燃;

3、測溫穩定、無需維護、測溫精度高、范圍廣。


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