一种IGBT模块高温反偏实验系统

摘要

本发明公开了一种IGBT模块高温反偏实验系统，包括反偏实验装置和上位机软件，上位机软件集成在工业控制计算机中，工业控制计算机安装在反偏实验装置上，反偏实验系统依据上位机软件运行并通过反偏实验装置来执行，反偏试验系统采用加热盘控制壳温，并且实时监控上桥和下桥的漏电，所述加热盘上装有两个温度传感器，温度传感器采用高精度、高温屏蔽铂热电阻PT100，工作时，上位机软件基于增量式PID并结合实际温度模型实现定值加热控制，利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求，本发明使用方便，操作简单，稳定性好，工作效率高，使用成本低，同时精度更高且壳温可控。

说明书

技术领域

本发明涉及一种IGBT模块高温反偏实验系统。

背景技术

为保证器件的可靠性，在器件出厂前都会采用一系列可靠性试验进行考核、筛选。针对器件不同的使用环境，采用的可靠性试验的种类、条件也会有差异。对于高压器件来说，HTRB试验是器件出厂前必做的试验之一。根据国际电工委员会(IEC)的标准，该试验的条件为：试验过程中结温优选器件所能承受的最高结温，施加的电压优选最大反偏电压的80％，考核时长根据器件不同的应用环境而不同，在电力系统中的应用一般要达到1000h。

器件内部仅有很小的反向漏电流通过，几乎不消耗功率。该试验对剔除具有表面效应缺陷的早期失效器件特别有效，这些器件的失效与时间和应力有关，如未经此试验，这些器件在正常的使用条件下会发生早期失效。该试验还能揭示与时间和应力有关的电气失效模式。但是IGBT模块的高温反偏试验更希望通过采用以实际壳温的方式，如果放到试验箱环境下试验箱的温度本身存在误差，再加上高温高压下有漏电流的存在，器件实际壳温和结温不受控制，不利于判断具体的失效原因。

同时现有技术还有以下的缺点：1、采用高温箱不能模拟实际壳温运行；2、市场上IGBT模块的的HTRB老化工位偏少，对一些试验量大的公司来说不够用，安装也不方便；3、IGBT模块种类偏多，夹具很不方便，不能实现共用；4、市场上IGBT模块的试验采用的是做单边，不能上下桥同时试验。因此需要研发一款新型的IGBT模块高温反偏实验系统，来解决目前所遇到的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种使用方便，操作简单，稳定性好，工作效率高，使用成本低，具有实用性和使用广泛性的IGBT模块高温反偏实验系统。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种IGBT模块高温反偏实验系统，包括反偏实验装置和上位机软件，上位机软件集成在工业控制计算机中，工业控制计算机安装在反偏实验装置上，反偏实验系统依据上位机软件运行并通过反偏实验装置来执行，反偏试验系统采用加热盘控制壳温，并且实时监控上桥和下桥的漏电，所述加热盘上装有两个温度传感器，温度传感器采用高精度、高温屏蔽铂热电阻PT100，工作时，上位机软件基于增量式PID并结合实际温度模型实现定值加热控制，利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求，所述反偏实验装置包括机箱一、机箱二、设置在机箱一上的显示屏、键盘鼠标放置台、电源及设置在机箱二上的实验单元箱，所述机箱二为两个，并分别设置在机箱一的两侧，所述实验单元箱为八个，四个为一组设置在机箱二上，所述实验单元箱的内部设有底板，底板的两侧设有导轨，加热盘固定在底板上，所述实验单元箱的内部设有夹具，所述夹具包括滑块、立柱和固定梁，滑块设置在立柱的内侧，滑块设置在导轨中，所述固定梁上设有固定柱，固定柱为多根。

优选的，所述实验单元箱的正面设有玻璃窗和显示面板，所述机箱一的内侧安装有固定架，键盘鼠标放置台、工业控制计算机、电源固定在固定架上。

优选的，所述显示屏的上端设有控制按钮和状态显示指示灯。

该设置，实现了实验装置的控制，同时便于实时了解实验装置的工作状态。

优选的，所述机箱二的内部设有隔板，隔板上设有散热孔和线管，线管的一端与机箱一连接。

该设置，实现了对连接缆线、电源线等的保护，防止过高温度造成直接的破坏。

优选的，所述机箱二的外侧设有侧面板，侧面板上设有通风孔。

该设置，便于箱体内部多余热量的散失，为电子设备的正常工作提供良好的环境。

本发明的有益效果是：

1、比试验箱更能模拟壳温，精度更高且壳温可控。

2、采用了上桥和下桥同时加电同时监控的方式，与只能做单边相比大大降低了时间成本。

3、采用增量式PID控温并结合实际温度模型实现定值加热控制。利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求。同时结合连续及间断两种加热模式，以达到良好的温度平衡效果。

4、所有外设均可程控，无需手动，操作简便，更加智能，一个人即可完成实验，减少了人员成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的正面示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的侧面示意图；

图4为本发明的夹具侧面示意图；

图5为本发明的IGBT模块上下桥同时监控试验线路拓扑及整机系统运行示意图；

图6为本发明的系统控制示意图；

其中，1.机箱一，2.玻璃窗，3.实验单元箱，4.显示面板，5.夹具，6.控制按钮，7.显示屏，8.键盘鼠标放置台，9.工业控制计算机，10.电源，11.侧面板，12.通风孔，13.状态显示指示灯，14.隔板，15.散热孔，16.机箱二，17.线管，18.固定架，19.底板，20.加热盘，21.IGBT模块，22.滑块，23.立柱，24.固定梁，25.固定柱。

具体实施方式

参阅图1至图6所示的一种IGBT模块高温反偏实验系统，包括反偏实验装置和上位机软件，上位机软件集成在工业控制计算机9中，工业控制计算机安装在反偏实验装置上，反偏实验系统依据上位机软件运行并通过反偏实验装置来执行，反偏试验系统采用加热盘20控制壳温，并且实时监控上桥和下桥的漏电，所述加热盘20上装有两个温度传感器，温度传感器采用高精度、高温屏蔽铂热电阻PT100，工作时，上位机软件基于增量式PID并结合实际温度模型实现定值加热控制，利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求。

所述反偏实验装置包括机箱一1、机箱二16、设置在机箱一1上的显示屏7、键盘鼠标放置台8、电源10及设置在机箱二16上的实验单元箱3，所述机箱二16为两个，并分别设置在机箱一1的两侧，所述实验单元箱3为八个，四个为一组设置在机箱二16上，所述实验单元箱3的正面设有玻璃窗2和显示面板4，所述实验单元箱3的内部设有夹具5，所述夹具5包括滑块22、立柱23和固定梁24，滑块22设置在立柱23的内侧，滑块22设置在导轨中，所述固定梁24上设有固定柱25，固定柱25与固定梁24螺纹连接，所述机箱一1的内侧安装有固定架18，键盘鼠标放置台8、工业控制计算机8、电源10固定在固定架18上，所述实验单元箱3的内部设有底板19，底板19的两侧设有导轨，加热盘20固定在底板19上，IGBT模块21固定在加热盘上。

进一步，所述机箱二16的外侧设有侧面板11，侧面板11上设有通风孔12。

进一步，所述显示屏7的上端设有控制按钮6和状态显示指示灯13。

进一步，所述机箱二16的内部设有隔板14，隔板14上设有散热孔15和线管17，线管17的一端与机箱一1连接。

进一步，夹具5为多个，三个为一组，每个实验单元箱的内部都设有九个夹具。

本发明的控制按钮包括运行、停止、急停按钮，停止按钮按下时整个试验系统除了电脑其余全部断电。运行按钮按下时设备各部分供电正常、急停按钮按下时整个系统全部断电。

状态显示指示灯指示为，当整个系统正常运行时绿灯正常亮，当有报警或者异常情况时，红灯闪烁并伴有蜂鸣器声音。

八个试验单元箱内部都含有加热盘，采用增量式PID控制温度，IGBT模块放到加热盘上，保证壳温的稳定性，温度过冲不超过1℃。

本发明的加热盘上装有2个温度传感器，温度传感器采用高精度、高温屏蔽铂热电阻PT100，一定程度上保证了加热过程中温度采集的精度和稳定性。为解决传感器以及加热器的惯性滞后问题，程序基于增量式PID并结合实际温度模型实现定值加热控制。利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求。同时结合连续及间断两种加热模式，以达到良好的温度平衡效果。

本发明的加热盘能满足34mm、62mm、Esay1B、Esay2B、EconoDual3、EconoPACK2、EconoPIM3、HP1等IGBT模块的封装要求。

本发明的夹具采用独创的X、Y、Z轴结构，根据IGBT模块的封装不同，通过滑动滑块改变X轴间距，再通过固定柱可在Z轴移动，按照IGBT模块的接触点，可旋转固定柱往下(Y轴)压紧IGBT模块；每块散热板可同时实验3个IGBT模块，整机最大可同时监控数量为：3*3加热盘*8试验单元＝72个IGBT模块。

同时本发明的IGBT模块的高温反偏试验系统采用加热盘控制壳温，并且实时监控上桥和下桥的漏电；而市场上现有的只能做单个桥臂，该试验方法大大降低了时间成本。

本发明的优点是：

1、比试验箱更能模拟壳温，精度更高且壳温可控。

2、采用了上桥和下桥同时加电同时监控的方式，与只能做单边相比大大降低了时间成本。

3、采用增量式PID控温并结合实际温度模型实现定值加热控制。利用分段加热模式，以满足定值加热下的过冲要求。同时结合连续及间断两种加热模式，以达到良好的温度平衡效果。

4、所有外设均可程控，无需手动，操作简便，更加智能，一个人即可完成实验，减少了人员成本。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。