IGBT结温标定系统的制作方法

igbt结温标定系统
技术领域
1.本发明涉及igbt结温标定技术领域，具体地涉及一种igbt结温标定系统。


背景技术：

2.在电力电子应用中，igbt主要工作在开关状态，并周期性地经历各种静态和动态，这样会产生能量损耗，导致功率损耗器件发热，使igbt结温产生波动。igbt芯片由于材质以及封装，其结温不允许超过最大的允许范围，在实际应用中，需要能够准确地得到igbt结温，以保证控制器正常工作。
3.现有的结温检测方法主要包括温敏参数法，利用温敏参数法可知，igbt在导通较小电流im＝100ma时，饱和压降与结温之间存在较好的线性关系，但是igbt芯片实际工作时的电流要远大于100ma，故在实际工作中通过饱和压降测量igbt结温存在一定难度，且在实际工作中添加100ma的恒流源存在较大的设计困难，并且会造成成本的增加以及系统的安全性降低。因此，如何提供一种igbt结温标定系统，能够对igbt的工作结温进行标定，以提高igbt结温标定的准确率和效率是本领域技术人员亟待解决的一大技术难题。


技术实现要素：

4.本发明实施方式的目的是提供一种igbt结温标定系统，以解决目前针对igbt的结温标定准确率和效率低的问题。
5.为了实现上述目的，本发明提供一种igbt结温标定系统，用于对igbt进行结温标定，包括：
6.主控模块、温度采集模块、igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块；所述主控模块与所述温度采集模块、所述igbt驱动模块、所述功率采样模块及所述电流检测控制模块分别连接；所述igbt驱动模块、所述功率采样模块及所述电流检测控制模块分别与所述igbt连接；
7.所述功率采样模块用于采集所述igbt工作在线性区时的第一导通电流值及所述igbt的集电极与发射极之间的第一导通电压值，以及采集所述igbt工作在饱和区时所述igbt的集电极与发射极之间的第二导通电压值；
8.所述温度采集模块用于采集所述igbt的温度值；
9.所述主控模块用于：
10.控制所述电流检测控制模块向所述igbt施加导通电流、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加第一驱动电压以控制所述igbt工作在线性区、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加第二驱动电压以控制所述igbt工作在饱和区；以及
11.依据所述第一导通电流值和所述第一导通电压值计算所述igbt的功率损耗，依据所述第二导通电压值、所述igbt的温度值及所述igbt的功率损耗标定所述igbt的功率损耗与所述igbt的温度值之间的对应关系。
12.可选地，所述主控模块包括中央处理单元及核心逻辑控制单元；
13.所述功率采样模块包括电流采样单元、电压采样单元、第一adc单元及第二adc单元；
14.所述电流检测控制模块包括电流控制单元、电流功率单元及dac单元；
15.所述中央处理单元分别与所述核心逻辑控制单元、所述第一adc单元、所述第二adc单元、所述dac单元及所述温度采集模块连接，所述第一adc单元与所述电流采样单元连接，所述第二adc单元与所述电压采样单元连接，所述dac单元与所述电流控制单元连接，所述核心逻辑控制单元与所述igbt驱动模块、所述电流控制单元及所述电压采样单元分别连接，所述电流采样单元及所述电流控制单元分别与所述电流功率单元连接，所述电流功率单元及所述电压采样单元分别与所述igbt连接。
16.可选地，所述温度采集模块包括：第一温度采集子模块、第二温度采集子模块及第三adc单元；
17.所述第一温度采集子模块及所述第二温度采集子模块分别与所述第三adc单元连接，所述第三adc单元与所述中央处理单元连接；
18.所述第一温度采集子模块用于采集设置在所述igbt上的温度采集热电偶的温度值作为所述igbt的温度值，所述第二温度采集子模块用于采集所述igbt内部的热敏电阻的温度值作为所述igbt的温度值；
19.所述第一温度采集子模块包括：温度传感器、第一放大单元及第一数字隔离单元；
20.所述温度传感器的输出端与所述第一放大单元的输入端连接，所述第一放大单元的输出端与所述第三adc单元的输入端连接，所述第三adc单元的输出端与所述第一数字隔离单元的输入端连接，所述第一数字隔离单元的输出端与所述中央处理单元的输入端连接；
21.所述温度传感器用于采集所述温度采集热电偶的温度值；
22.所述第二温度采集子模块包括：第二放大单元及第二数字隔离单元；
23.所述第二放大单元的输入端与所述热敏电阻连接以采集所述热敏电阻的电压值，所述第二放大单元的输出端与所述第三adc单元的输入端连接，所述第三adc单元的输出端与所述第二数字隔离单元的输入端连接，所述第二数字隔离单元的输出端与所述中央处理单元的输入端连接。
24.可选地，所述核心逻辑控制单元包括触发电路，所述触发电路包括：
25.第一延时触发电路、第二延时触发电路及第三延时触发电路；
26.所述第一延时触发电路的输入端与所述中央处理单元的输出端连接，所述第一延时触发电路的输出端与所述第二延时触发电路的输入端及所述电流控制单元的输入端连接；
27.所述第二延时触发电路的输出端与所述第三延时触发电路的输入端及所述igbt驱动模块的输入端连接；
28.所述第三延时触发电路的输出端与电压采样单元的输入端连接；
29.所述中央处理单元的输出端输出固定频率的pwm控制信号以触发所述第一延时触发电路生成第一控制信号、触发所述第二延时触发电路生成第二控制信号及触发所述第三延时触发电路生成第三控制信号，以按设定的时序控制所述电流控制单元向所述igbt施加导通电流、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加所述第二驱动电压以及控制所述电压采
样单元采集所述第二导通电压值。
30.可选地，所述第一延时触发电路包括第一单稳态多谐振荡器，所述第二延时触发电路包括第二单稳态多谐振荡器，所述第三延时触发电路包括第三单稳态多谐振荡器；
31.所述第一单稳态多谐振荡器的第一下降沿触发端与所述中央处理单元的输出端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的第一正向输出端与所述电流控制单元的输入端及所述第二单稳态多谐振荡器的第一上升沿触发端连接，所述第二单稳态多谐振荡器第一正向输出端与所述第二单稳态多谐振荡器的第二下降沿触发端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的第二正向输出端与所述igbt驱动模块的输入端及所述第三单稳态多谐振荡器的第一上升沿触发端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的第一正向输出端与所述第三单稳态多谐振荡器的第二下降沿触发端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的第二正向输出端与所述电压采样单元的输入端连接。
32.可选地，所述电流功率单元包括电流采样电阻及功率mos管，所述电流采样电阻及所述功率mos管串联在母线上；
33.所述电流控制单元包括：
34.第一选通开关、电压跟随电路及推挽电路，所述dac单元的输出端与所述第一选通开关的通道选择端连接，所述第一选通开关的输入端与所述第一延时触发电路的输出端连接，所述第一选通开关的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述推挽电路的输入端连接，所述推挽电路的输出端与所述功率mos管的门极连接；
35.所述第一选通开关用于在接收到所述第一控制信号后选通所述第一选通开关的通道选择端和所述第一选通开关的输出端，所述电压跟随电路用于将所述dac单元的输出端输出的电压输入所述推挽电路，所述推挽电路用于将输入的电压进行电压调节后施加在所述功率mos管的门极，以产生流过母线的恒定电流，并将产生的恒定电流通过母线施加在所述igbt的发射极与集电极之间。
36.可选地，所述电流控制单元还包括电压反馈电路；
37.所述电压反馈电路的输入端与所述电流采样电阻的两端连接，所述电压反馈电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压反馈电路用于将所述电流采样电阻两端的电压反馈至所述电压跟随电路以使得所述电压跟随电路根据所述电压反馈电路反馈的电压调节所述电压跟随电路的输出直至达到稳定状态。
38.可选地，所述igbt驱动模块包括：
39.第二选通开关及电压切换电路；
40.所述第二选通开关的输入端与所述第二延时触发电路的输出端连接，所述第二选通开关的第一通道选择端接地，所述第二选通开关的第二通道选择端接触发电压，所述第二选通开关的输出端与所述电压切换电路连接，所述igbt的门极通过所述电压切换电路与第一电压源及第二电压源连接；
41.所述第二选通开关用于在接收到所述第二控制信号前选通所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通开关的输出端，以及在接收到所述第二控制信号后选通所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端；
42.所述电压切换电路用于在所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通
开关的输出端被选通后切换所述第一电压源以为所述igbt的门极施加所述第一驱动电压，以及，在所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后通过所述触发电压触发所述电压切换电路切换所述第二电压源以为所述igbt的门极施加所述第二驱动电压。
43.可选地，所述电压切换电路包括：放大子电路及开关子电路；
44.所述放大子电路的输入端与所述第二选通开关的输出端连接，所述放大子电路的输出端与所述开关子电路的控制端连接，所述igbt的门极通过所述开关子电路与所述第二电压源连接，且所述igbt的门极通过所述开关子电路与所述第一电压源连接；
45.所述放大子电路用于在所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后控制所述开关子电路切换所述第一电压源以为所述igbt的门极施加所述第一驱动电压；以及
46.在所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后放大所述触发电压以控制所述开关子电路切换所述第二电压源以为所述igbt的门极施加所述第二驱动电压。
47.可选地，所述电压采样单元包括：电压存储电路、第三选通开关、电压保持电路及电压采集电路；
48.所述电压采集电路及所述电压存储电路的输出端分别与所述第二adc单元的输入端连接，所述电压存储电路的输入端与所述第三选通开关的输出端连接，所述第三选通开关的第一通道选择端悬空，所述第三选通开关的第二通道选择端与所述电压保持电路的输出端连接，所述电压保持电路的输入端与所述电压采集电路的输出端连接；
49.所述电压采集电路用于采集所述igbt的导通电压值，所述第三选通开关用于在接收到所述第三控制信号后选通所述第三选通开关的输出端与所述第三选通开关的第二通道选择端，以使所述电压保持电路将采集到的所述igbt的导通电压值以等效电能的形式存储至所述电压存储电路。
50.本发明上述技术方案通过控制igbt的工作状态在工作在线性区或工作在饱和区之间切换，并在控制igbt工作在不同工作状态时采集不同的结温标定参数，从而实现了对igbt结温标定测试全流程的自动控制，有利于规范igbt结温标定的测量，同时使测试结果更精确，测试效率更高。
51.本发明实施方式的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
52.附图是用来提供对本发明实施方式的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施方式，但并不构成对本发明实施方式的限制。在附图中：
53.图1是本发明优选实施方式提供的一种igbt结温标定系统的系统结构示意图；
54.图2是本发明优选实施方式提供的温度采集模块结构示意图；
55.图3a～图3c是本发明优选实施方式提供的核心逻辑控制单元电路图；
56.图4a～图4c是本发明优选实施方式提供的电流控制单元电路图；
57.图5a～图5c是本发明优选实施方式提供的igbt驱动模块电路图；
58.图6a～图6c是本发明优选实施方式提供的电压采样单元电路图。
具体实施方式
59.以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
60.如图1所示，本实施方式提供一种igbt结温标定系统，用于对igbt进行结温标定，包括：
61.主控模块、温度采集模块、igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块；主控模块与温度采集模块、igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块分别连接；igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块分别与igbt连接；
62.功率采样模块用于采集igbt工作在线性区时的第一导通电流值及igbt的集电极与发射极之间的第一导通电压值，以及采集igbt工作在饱和区时igbt的集电极与发射极之间的第二导通电压值；
63.温度采集模块用于采集igbt的温度值；
64.主控模块用于：
65.控制电流检测控制模块向igbt施加导通电流、控制igbt驱动模块向igbt施加第一驱动电压以控制igbt工作在线性区、控制igbt驱动模块向igbt施加第二驱动电压以控制igbt工作在饱和区；以及
66.依据第一导通电流值和第一导通电压值计算igbt的功率损耗，依据第二导通电压值、igbt的温度值及igbt的功率损耗标定igbt的功率损耗与igbt的温度值之间的对应关系。
67.如此，本实施方式提供的结温标定系统能通过控制igbt的工作状态在工作在线性区或工作在饱和区之间切换，并在控制igbt工作在不同工作状态时采集不同的结温标定参数，从而实现了对igbt结温标定测试全流程的自动控制，有利于规范igbt结温标定的测量，同时使测试结果更精确，测试效率更高。
68.具体的，主控模块通过spi通信模块与igbt驱动模块、功率采样模块及温度采集模块进行通信，同时，主控模块还通过uart模块与上位机通信连接以与上位机进行数据交互。其中，主控模块、温度采集模块、igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块可集成在同一个电路板上也可以单独设置。igbt驱动模块接受主控模块的控制切换施加在igbt门极上的驱动电压以控制igbt工作在线性区或饱和区，当igbt驱动模块不控制igbt的门极电压时，igbt工作在线性区，当igbt驱动模块切换向igbt的门极施加15v的电压时，igbt工作在饱和区，从而能够通过控制igbt工作在不同的工作区域，实现对igbt不同工作状态下的结温标定参数如饱和压降、igbt温度等参数的采集，进而主控模块能根据采集到的结温标定参数对igbt进行自动结温标定。为了进一步解决现有igbt结温标定在实际工作中通过饱和压降测量igbt结温存在一定难度，导致igbt结温标定不准确的问题，本实施方式通过控制igbt工作在线性区时计算igbt的功率损耗，以及得到igbt的功率损耗后切换igbt工作在饱和区并采集igbt的温度值和导通电压值，进而通过标定igbt的功率损耗与饱和压降之间的关系以及标定igbt的饱和压降与温度之间的关系就能标定igbt的功率损耗与温度之间的关系，从而在实际应用中只需检测igbt的功率损耗即可得到对应的结温，无需在控制系
统中额外添加检测电路，降低了控制系统的成本，同时有效解决了实际应用中无法准确获取igbt饱和压降导致结温标定准确率低的问题。
69.主控模块包括中央处理单元及核心逻辑控制单元；功率采样模块包括电流采样单元、电压采样单元、第一adc单元及第二adc单元，电流检测控制模块包括电流控制单元、电流功率单元及dac单元；
70.中央处理单元分别与核心逻辑控制单元、第一adc单元、第二adc单元、dac单元及温度采集模块连接，第一adc单元与电流采样单元连接，第二adc单元与电压采样单元连接，dac单元与电流控制单元连接，核心逻辑控制单元与igbt驱动模块、电流控制单元及电压采样单元分别连接，电流采样单元及电流控制单元分别与电流功率单元连接，电流功率单元及电压采样单元分别与igbt连接。其中，中央处理单元为mcu，本实施方式中采用型号为pic32mz1024efe064-ipt的mcu作为本系统的中央处理单元。
71.本实施方式中，结温标定系统的一次完整工作过程包括：第一阶段，结温标定系统在较大功率下稳态运行；第二阶段，电流电压切换，进行igbt饱和导通压降采样。
72.第一阶段：给igbt提供适当的母线电压，mcu通过核心逻辑控制单元控制igbt驱动模块切换母线电压为igbt的门极提供第一驱动电压以使igbt工作在线性区；mcu经dac单元与电流控制单元进行spi通信从而控制电流功率单元输出的电流大小，同时电流采样单元采集流过igbt的电流并通过第一adc单元将采集到的电流值通过spi通信反馈给mcu，以控制输出的电流均流；mcu通过电流采样单元采集流过igbt发射极和集电极之间的第一导通电流值以及通过电压采样单元采集igbt发射极和集电极之间的第一导通电压值，即可通过第一导通电流值和第一导通电压值计算得到igbt当前的功率损耗。
73.第二阶段：mcu为核心逻辑控制单元提供一个固定频率和占空比的pwm控制信号，本实施方式中该pwm控制信号的频率为10hz；在pwm控制信号的每次上升沿时，核心逻辑控制单元首先触发控制电流控制单元将输出电流调节至100ma，从而向igbt施加100ma的导通电流；经过一个预设的小的延时后，核心逻辑控制单元触发控制igbt驱动模块将施加在igbt门极的驱动电压切换为+15v的第二驱动电压，使igbt处于饱和导通状态；继续经过一个预设的小的延时后，核心逻辑控制单元触发控制电压采样单元对igbt的电压采样，得到igbt的第二导通电压值即igbt的饱和压降，然后通过第二adc单元经spi通信将第二导通电压值传至mcu，即可得到igbt当前的功率损耗下的饱和压降，同时，mcu通过温度采集模块采集igbt的温度值得到igbt当前饱和压降对应的结温，从而得到igbt当前的功率损耗对应的结温。
74.通过上述控制过程采集、计算不同环境温度下igbt的功率损耗、饱和压降及结温，即可实现对igbt的功率损耗与结温对应关系的自动标定。
75.本实施方式中，对igbt的温度采集包括通过设置在igbt基板上的热电偶采集igbt的温度以及采集igbt内部集成的ntc热敏电阻的电压值来采集igbt的温度，因此，温度采集模块包括：
76.第一温度采集子模块、第二温度采集子模块及第三adc单元；第一温度采集子模块及第二温度采集子模块分别与第三adc单元连接，第三adc单元与中央处理单元连接；第一温度采集子模块用于采集设置在igbt上的温度采集热电偶的温度值作为igbt的温度值，第二温度采集子模块用于采集igbt内部的热敏电阻的温度值作为igbt的温度值。
77.如图2所示，第一温度采集子模块包括：温度传感器、第一放大单元及第一数字隔离单元；温度传感器的输出端与第一放大单元的输入端连接，第一放大单元的输出端与第三adc单元的输入端连接，第三adc单元的输出端与第一数字隔离单元的输入端连接，第一数字隔离单元的输出端与的输入端通过spi通信连接；温度传感器用于采集温度采集热电偶的温度值，温度传感器通过接插件采集温度采集热电偶对应温度下的电信号。
78.第二温度采集子模块包括：第二放大单元及第二数字隔离单元；第二放大单元的输入端通过接插件与热敏电阻连接以采集热敏电阻的电压值，同时，通过高精度基准电源为热敏电阻采样供电，第二放大单元的输出端与第三adc单元的输入端连接，第三adc单元的输出端与第二数字隔离单元的输入端连接，第二数字隔离单元的输出端与mcu的输入端通过spi通信连接，第三adc单元将采集到的表示温度采集热电偶的温度值的模拟量及表示热敏电阻的温度值的模拟量转换为数字量后经spi通信发送给mcu。
79.其中，第一放大单元和第二放大单元为型号为lt1221cs8的运算放大器，温度传感器为ad8495crmz，第三adc单元为ads8330ibpw，第一数字隔离单元为adum140e1brz，第二数字隔离单元为adum225n0briz。第一数字隔离单元及第二数字隔离单元用于将mcu侧与温度采集侧隔离以保护mcu。这样，本实施方式的结温标定系统能实现通过温度采集热电偶或igbt内部ntc热敏电阻来采集igbt的温度，能够对不同型号的igbt进行准确的温度采集。
80.其中，核心逻辑控制单元包括触发电路，触发电路包括：
81.第一延时触发电路、第二延时触发电路及第三延时触发电路；第一延时触发电路的输入端与中央处理单元的输出端连接，第一延时触发电路的输出端与第二延时触发电路的输入端及电流控制单元的输入端连接；第二延时触发电路的输出端与第三延时触发电路的输入端及igbt驱动模块的输入端连接；第三延时触发电路的输出端与电压采样单元的输入端连接；
82.中央处理单元的输出端输出固定频率的pwm控制信号trigger source以触发第一延时触发电路生成第一控制信号cur source ctr、触发第二延时触发电路生成第二控制信号gate drive ctr及触发第三延时触发电路生成第三控制信号vce sample ctr，以按设定的时序控制电流控制单元向igbt施加导通电流、控制igbt驱动模块向igbt施加第二驱动电压以及控制电压采样单元采集第二导通电压值，进而在pwm控制信号的上升沿时，第一延时触发电路生成第一控制信号以触发控制电流控制单元将输出电流调节至100ma，经预设的延时后，第一延时触发电路触发第二延时触发电路生成第二控制信号以触发控制igbt驱动模块切换施加在igbt门极的驱动电压切换为+15v的第二驱动电压，使igbt处于饱和导通状态，再经一预设的延时后，第二延时触发电路触发第三延时触发电路生成第三控制信号以触发控制电压采样单元对igbt的电压进行采样。
83.如图3a～图3c所示，在本实施方式中，核心逻辑控制单元还包括：
84.第一开关jp1000、第二开关jp1001及控制信号生成电路；中央处理单元的输出端通过第一开关jp1000与第一延时触发电路的输入端连接，控制信号生成电路的输出端通过第二开关jp1001与第一延时触发电路的输入端连接；控制信号生成电路的输出端输出与中央处理单元输出的相同的固定频率的pwm控制信号以触发第一延时触发电路生成第一控制信号、触发第二延时触发电路生成第二控制信号及触发第三延时触发电路生成第三控制信号，以按设定的时序控制电流控制单元向igbt施加导通电流、控制igbt驱动模块向igbt施
加第二驱动电压以及控制电压采样单元采集第二导通电压值；第一开关jp1000与第二开关jp1001异步动作，进而在实际应用中可以通过第一开关jp1000与第二开关jp1001切换pwm控制信号由mcu输出还是控制信号生成电路输出。其中，控制信号生成电路由单路施密特触发器u1002及外围电阻ar1000、r1000及电容c1000、c1001构成。
85.第一延时触发电路包括第一单稳态多谐振荡器u1006，第二延时触发电路包括第二单稳态多谐振荡器u1009，第三延时触发电路包括第三单稳态多谐振荡器u1017；第一单稳态多谐振荡器u1006的第一下降沿触发端1通过第一开关jp1000与中央处理单元的输出端连接，第一单稳态多谐振荡器u1006的第一正向输出端1q与电流控制单元的输入端及第二单稳态多谐振荡器u1009的第一上升沿触发端1b连接，第二单稳态多谐振荡器u1009第一正向输出端1q与第二单稳态多谐振荡器u1009的第二下降沿触发端
86.2连接，第二单稳态多谐振荡器u1009的第二正向输出端与igbt驱动模块的输入端及第三单稳态多谐振荡器u1017的第一上升沿触发端1b连接，第三单稳态多谐振荡器u1017的第一正向输出端1q与第三单稳态多谐振荡器u1017的第二下降沿触发端2连接，第三单稳态多谐振荡器u1017的第二正向输出端与电压采样单元的输入端连接。其中，第一单稳态多谐振荡器u1006、第二单稳态多谐振荡器u1009及第三单稳态多谐振荡器u1017采用型号为sn74lv123atpwrq1的单稳态多谐振荡器，通过对该单稳态多谐振荡器外部电容、电阻的配比来调节延时工作时间，其延时控制的具体电路为sn74lv123atpwrq1的典型应用，此处不再赘述。
87.在对igbt进行功率损耗计算及饱和压降采集时需要电流控制单元控制其输出的电流为恒流，因此，电流功率单元包括电流采样电阻及功率mos管，电流采样电阻及功率mos管串联在母线上，如图4a～图4c所示，电流控制单元包括：
88.第一选通开关u2007、电压跟随电路及推挽电路，dac单元u2004的输出端与第一选通开关u2007的通道选择端连接，第一选通开关u2007的输入端in与第一延时触发电路的输出端即第一单稳态多谐振荡器u1006的第一正向输出端1q连接，第一选通开关u2007的输出端d与电压跟随电路的输入端连接，电压跟随电路的输出端与推挽电路的输入端连接，推挽电路的输出端通过插接件cn2001与功率mos管的门极连接；第一选通开关u2007用于在接收到第一控制信号后选通第一选通开关u2007的通道选择端和第一选通开关u2007的输出端，电压跟随电路用于将dac单元u2004的输出端输出的电压输入推挽电路，推挽电路用于将输入的电压进行电压调节后施加在功率mos管的门极，以通过电流采样电阻产生流过母线的恒定电流，这样，功率mos管、电流采样电阻与电流控制单元构成了输出可选的恒流源，其输出的恒定电流通过母线施加在igbt的发射极和集电极之间，其中，推挽电路的电路结构为现有技术，此处不再赘述。
89.为了保证电流控制单元及电流功率单元输出的电流恒定，电流控制单元还包括电压反馈电路，电压反馈电路的输入端与电流采样电阻的两端连接，电压反馈电路的输出端与电压跟随电路的输入端连接，电压反馈电路用于将电流采样电阻两端的电压反馈至电压跟随电路以使得电压跟随电路根据电压反馈电路反馈的电压调节电压跟随电路的输出直至达到稳定状态。
90.在本实施方式中，dac单元u2004的第一输出端vouta与第一选通开关u2007的第一
通道选择端sa连接，dac单元u2004的第二输出端voutb与第一选通开关u2007的第二通道选择端sb连接，其中，dac单元u2004的第一输出端vouta与第二输出端voutb分别输出不同的电压，以使得当第一选通开关u2007选通其第一通道选择端sa后，电流控制单元输出大电流，当第一选通开关u2007选通其第二通道选择端sb后，电流控制单元输出100ma的小电流。
91.其中，电压跟随电路包括第一运算放大器u2011a及第二运算放大器u2013a，电压反馈电路包括第三运算放大器u2018a，其中，第一运算放大器u2011a及第二运算放大器u2013a与其对应的外围电路构成电压跟随电路，本实施方式的电压跟随电路的具体结构可采用现有的电压跟随电路结构实现，此处不再赘述。第一选通开关u2007的输出端d与第一运算放大器u2011a的正向输入端连接，第一运算放大器u2011a的反向输入端与第一运算放大器u2011的输出端连接并通过电阻r2005接第二运算放大器u2013a的正向输入端，第二运算放大器u2013a的输出端经外围电路与第二运算放大器u2013a的反向输入端连接并接第三运算放大器u2018a的输出端，第三运算放大器u2018a的输出端经外围电路与第三运算放大器u2018a的反向输出端连接并通过插接件cn2001与电流采样电阻的第一端连接，第三运算放大器u2018a的正向输入端通过插接件cn2001与电流采样电阻的第二端连接。
92.当第一选通开关u2007的输入端为低电平时选通第一通道选择端sa与输出端d，第一选通开关u2007的输入端为高电平时选通第二通道选择端sb与输出端d。本实施方式中，控制igbt工作在线性区时，第一选通开关u2007选通第一通道选择端sa与输出端d，控制igbt工作在饱和区时，即第一选通开关u2007的输入端接收到第一控制信号后，第一选通开关u2007的输入端为高电平，此时其选通第二通道选择端sb与输出端d，这样，通过第一选通开关u2007可选择使电流控制单元经电流功率单元输出的电流为大电流或者为100ma的采样电流对应的输出电压，dac单元u2004输出的电压经第一运算放大器u2011a及第二运算放大器u2013a输入推挽电路，通过推挽电路调节电压后施加在功率mos管的门极，流过功率mos管的电流增大，进而流过电流采样电阻的电流增大，则电流采样电阻两端的电压增大导致第三运算放大器u2018a的正向输入端和反向输入端的电压增大，从而第三运算放大器u2018a的输出端电压增大，进而导致第二运算放大器u2013a的反向输入端电压增大，根据虚短原理，第二运算放大器u2013a的正向输入端和反向输入端形成等电位，进而由dac单元、电流控制单元及电流功率单元构成的恒流源电路形成稳态，电路稳态工作，输出恒定电流。
93.igbt驱动模块用于切换施加在igbt门极上的驱动电压，如图5a～图5c所示，igbt驱动模块包括：第二选通开关u3016及电压切换电路；第二选通开关u3016的输入端in通过数字隔离器u3011与第二延时触发电路的输出端连接，第二选通开关u3016的第一通道选择端sa接地，第二选通开关u3016的第二通道选择端sb接触发电压源uh_ref，触发电压源uh_ref输出一基准电压作为触发电压；第二选通开关u3016的输出端d与电压切换电路连接，igbt的门极通过电压切换电路与第一电压源及第二电压源连接；第二选通开关u3016用于在接收到第二控制信号前选通第二选通开关u3016的第一通道选择端sa和第二选通开关u3016的输出端，以及在接收到第二控制信号后选通第二选通开关u3016的第二通道选择端sb和第二选通开关u3016的输出端；电压切换电路用于在第二选通开关u3016的第一通道选择端sa和第二选通开关u3016的输出端d被选通后切换第一电压源为igbt的门极施加第一驱动电压，以及，在第二选通开关u3016的第二通道选择端sb和第二选通开关u3016的输出
端d被选通后通过触发电压触发电压切换电路切换第二电压源为igbt的门极施加第二驱动电压。
94.其中，电压切换电路包括：放大子电路及开关子电路；放大子电路包括第四运算放大器u3015a及第一二极管d3005，开关子电路包括第二二极管d3006、第一电阻r3017、第二电阻r3021、第三电阻r3022、第四电阻r3024、第五电阻r3025、第六电阻r3027、第七电阻r3028、第一电容c3057、第一三极管q3000及第二三极管q3001，其中，第一三极管q3000为npn型三极管，第二三极管q3001为pnp型三极管。
95.第二选通开关u3016的输出端d与第四运算放大器u3015a的正向输入端连接，第四运算放大器u3015a的输出端d与第二电阻r3021的第一端连接，第二电阻r3021的第二端与第一三极管q3000的基极连接，第一三极管q3000的集电极与第二三极管q3001的基极连接并接第四电阻r3024的第二端，第四电阻r3024的第一端与第二电压源30p连接，第五电阻r3025的第一端与第一三极管q3000的发射极连接，第五电阻r3025的第二端接地；第二三极管q3001的发射极与第二电压源30p连接，第一电容c3057的第二端与第三电阻r3022的第二端连接并接第二三极管q3001的集电极，第一电容c3057的第一端与第三电阻r3022的第一端连接并接第一二极管d3005的正极，第一二极管d3005的正极与第四运算放大器u3015a的负输入端连接，第一二极管d3005的负极与第四运算放大器u3015a的输出端连接并接第二电阻r3021的第一端，第四运算放大器u3015a的负输入端与第一电阻r3017连接并接地；第二三极管q3001的集电极与第六电阻r3027的第二端及第七电阻r3028的第一端连接并接igbt的门极，第六电阻r3027的第一端与第二二极管d3006的负极连接，第二二极管d3006的正极与igbt的集电极连接，第七电阻r3028的第二端接地，igbt的集电极和发射极与第一电压源连接。为了将igbt的门极电压维持在固定电平下，igbt的门极还与稳压二极管d3007的负极连接，稳压二极管d3007的正极接地。
96.当igbt工作在线性区时，第二选通开关u3016的第一通道选择端sa与其输出端d被选通，此时，igbt的门极电压由第一电压源控制，第一电压源输出的电压即母线电压经第二二极管d3006、第六电阻r3027及第七电阻r3028分压来为igbt的门极提供第一驱动电压，使igbt工作在线性区，同时，igbt的门极电压通过第三电阻r3022、第一电容c3057及第一电阻r3017作用于第四运算放大器u3015a的反向输入端，且由于第二选通开关u3016的第一通道选择端sa接地，使得第四运算放大器u3015a的输出为低，本实施方式中，由于第一二极管d3005的作用，使得第四运算放大器u3015a的输出维持在-0.7v，从而使得第一三极管q3000及第二三极管q3001截止，保证了igbt的门极电压此时仅受第一电压源的控制，同时，能有效的保证在切换施加在igbt门极的驱动电压后电路输出能迅速切换至稳态，减小环路响应时间。
97.当第二选通开关u3016的输入端in接收到第二控制信号后，第二选通开关u3016的第二通道选择端sb与其输出端d被选通，第四运算放大器u3015a的正向输入端与触发电压源uh_ref导通，触发电压源uh_ref向第四运算放大器u3015a的正向输入端施加1.5v的固定电压，此时第四运算放大器u3015a的正向输入端电压大于反向输入端电压，第四运算放大器u3015a的输出端输出高电平令第一三极管q3000导通，此时，第二三极管q3001的基极为低电平，则第二三极管q3001导通，igbt的门极与第二电压源30p导通，第二电压源30p输出24v电压经分压后为igbt门极提供15v的第二驱动电压。根据虚短原理，第四运算放大器
u3015a的正向输入端电压与反向输入端电压最终会形成等电位，igbt的门极电压反馈经第三电阻r3022及第一电阻r3017分压作用于第四运算放大器u3015a的反向输入端并维持在1.5v，igbt门极的电压维持在+15v，同时，在igbt的门极电压上升过程中，会在某一时刻使第二二极管d3006截止，从而使得第一电压源不再作用于igbt的门极。这样，通过控制选通第二选通开关u3016的不同通道，从而实现切换作用在igbt门极的电压源为第一电压源或第二电压源。
98.为了准确的对igbt的饱和压降进行采样，本实施方式的电压采样单元包括：电压存储电路、第三选通开关u3022、电压保持电路及电压采集电路；电压采集电路及电压存储电路的输出端分别与第二adc单元u3018的输入端连接，电压存储电路的输入端与第三选通开关u3022的输出端连接，第三选通开关u3022的第一通道选择端sa悬空，第三选通开关u3022的第二通道选择端sb与电压保持电路的输出端连接，电压保持电路的输入端与电压采集电路的输出端连接；电压采集电路用于采集igbt的导通电压值，第三选通开关u3022用于在接收到第三控制信号后选通第三选通开关u3022的输出端d与第三选通开关u3022的第二通道选择端sb，以使电压保持电路将采集到的igbt的导通电压值以等效电能的形式存储至电压存储电路。
99.如图6a～图6c所示，电压存储电路包括第二电容c3055及第五运算放大器u3021a，第二电容c3055串联在第五运算放大器u3021a的输出端和反向输入端之间，且第五运算放大器u3021a的输出端与第二adc单元u3018的第一输入端in1连接，第五运算放大器u3021a的正向输入端接地，第五运算放大器u3021a的反向输入端与第三选通开关u3022的输出端d连接，第三选通开关u3022的输入端in与第三单稳态多谐振荡器u1017的第二正向输出端连接。
100.电压保持电路包括第六运算放大器u3020a、第七运算放大器u3017a、第八电阻r3026及第九电阻r3029；电压采集电路包括第十电阻r3034及第十一电阻r3035。第十电阻r3034的第一端与igbt的集电极c及第七运算放大器u3017a的反向输入端连接，第十电阻r3034的第二端与第十一电阻r3035的第一端连接并接第二adc单元u3018的第二输入端in0，第十一电阻r3035的第二端与igbt的发射极e及第七运算放大器u3017a的正向输入端连接连接，第七运算放大器u3017a的输出端与第九电阻r3029的第二端连接，第九电阻r3029的第一端与第六运算放大器u3020a正向输入端连接，第六运算放大器u3020a的反向输入端与其输出端连接且其输出端与第三选通开关u3022的第二通道选择端sb连接，第八电阻r3026串联在第九电阻r3029的第一端与第二电容c3055的第一端之间。
101.当控制igbt工作在线性区时，igbt的集电极与发射极之间的电压较大，通过第八电阻r3026及第九电阻r3029分压采样，并将采集到的电压经第二adc单元u3018的第二输入端in0传送给mcu，同时，采集到的电压经第七运算放大器u3017a、第八电阻r3026及第九电阻r3029传送至第五运算放大器u3021a的输出端并施加在第二电容c3055的两端。
102.由于第三选通开关u3022的使能端en接地，因此，在第三选通开关u3022未接收到第三控制信号时，第三选通开关u3022的第一通道选择端sa和第三选通开关u3022的输出端d被选通。当第三选通开关u3022的输入端in接收到第三控制信号时，第三选通开关u3022的第二通道选择端sb和第三选通开关u3022的输出端d被选通，采集到的电压被施加在第二电容c3055的两端，本实施方式中，第八电阻r3026及第九电阻r3029的阻值为1:1，因此，施加
在第二电容c3055两端的电压即为igbt发射极和集电极之间的电压。在此期间，由于第二电容c3055没有放电回路，因此，第二电容c3055的电压得以保持，又由于此时已进入饱和导通一段时间，因此，此时施加在第二电容c3055两端的电压即igbt发射极和集电极之间的饱和压降，以供mcu读取。
103.综上，本实施方式通过控制igbt工作在饱和区以标定igbt的饱和压降与结温的对应关系，通过控制igbt工作在线性区以获取igbt的功率损耗，并在获取到igbt的功率损耗后切换至与标定igbt的饱和压降与结温的对应关系的相同条件下采集igbt的饱和压降，从而标定igbt的功率损耗与饱和压降的对应关系，进而换算得到igbt的功率损耗与饱和压降的对应关系，从而在实际应用中只需检测igbt的功率损耗即可得到对应的结温，无需在控制系统中额外添加检测电路，降低了控制系统的成本。
104.以上结合附图详细描述了本发明的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。
105.另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。
106.此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。

技术特征：
1.一种igbt结温标定系统，用于对igbt进行结温标定，其特征在于，包括：主控模块、温度采集模块、igbt驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块；所述主控模块与所述温度采集模块、所述igbt驱动模块、所述功率采样模块及所述电流检测控制模块分别连接；所述igbt驱动模块、所述功率采样模块及所述电流检测控制模块分别与所述igbt连接；所述功率采样模块用于采集所述igbt工作在线性区时的第一导通电流值及所述igbt的集电极与发射极之间的第一导通电压值，以及采集所述igbt工作在饱和区时所述igbt的集电极与发射极之间的第二导通电压值；所述温度采集模块用于采集所述igbt的温度值；所述主控模块用于：控制所述电流检测控制模块向所述igbt施加导通电流、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加第一驱动电压以控制所述igbt工作在线性区、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加第二驱动电压以控制所述igbt工作在饱和区；以及依据所述第一导通电流值和所述第一导通电压值计算所述igbt的功率损耗，依据所述第二导通电压值、所述igbt的温度值及所述igbt的功率损耗标定所述igbt的功率损耗与所述igbt的温度值之间的对应关系。2.根据权利要求1所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述主控模块包括中央处理单元及核心逻辑控制单元；所述功率采样模块包括电流采样单元、电压采样单元、第一adc单元及第二adc单元；所述电流检测控制模块包括电流控制单元、电流功率单元及dac单元；所述中央处理单元分别与所述核心逻辑控制单元、所述第一adc单元、所述第二adc单元、所述dac单元及所述温度采集模块连接，所述第一adc单元与所述电流采样单元连接，所述第二adc单元与所述电压采样单元连接，所述dac单元与所述电流控制单元连接，所述核心逻辑控制单元与所述igbt驱动模块、所述电流控制单元及所述电压采样单元分别连接，所述电流采样单元及所述电流控制单元分别与所述电流功率单元连接，所述电流功率单元及所述电压采样单元分别与所述igbt连接。3.根据权利要求2所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述温度采集模块包括：第一温度采集子模块、第二温度采集子模块及第三adc单元；所述第一温度采集子模块及所述第二温度采集子模块分别与所述第三adc单元连接，所述第三adc单元与所述中央处理单元连接；所述第一温度采集子模块用于采集设置在所述igbt上的温度采集热电偶的温度值作为所述igbt的温度值，所述第二温度采集子模块用于采集所述igbt内部的热敏电阻的温度值作为所述igbt的温度值；所述第一温度采集子模块包括：温度传感器、第一放大单元及第一数字隔离单元；所述温度传感器的输出端与所述第一放大单元的输入端连接，所述第一放大单元的输出端与所述第三adc单元的输入端连接，所述第三adc单元的输出端与所述第一数字隔离单元的输入端连接，所述第一数字隔离单元的输出端与所述中央处理单元的输入端连接；所述温度传感器用于采集所述温度采集热电偶的温度值；所述第二温度采集子模块包括：第二放大单元及第二数字隔离单元；
所述第二放大单元的输入端与所述热敏电阻连接以采集所述热敏电阻的电压值，所述第二放大单元的输出端与所述第三adc单元的输入端连接，所述第三adc单元的输出端与所述第二数字隔离单元的输入端连接，所述第二数字隔离单元的输出端与所述中央处理单元的输入端连接。4.根据权利要求2所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述核心逻辑控制单元包括触发电路，所述触发电路包括：第一延时触发电路、第二延时触发电路及第三延时触发电路；所述第一延时触发电路的输入端与所述中央处理单元的输出端连接，所述第一延时触发电路的输出端与所述第二延时触发电路的输入端及所述电流控制单元的输入端连接；所述第二延时触发电路的输出端与所述第三延时触发电路的输入端及所述igbt驱动模块的输入端连接；所述第三延时触发电路的输出端与电压采样单元的输入端连接；所述中央处理单元的输出端输出固定频率的pwm控制信号以触发所述第一延时触发电路生成第一控制信号、触发所述第二延时触发电路生成第二控制信号及触发所述第三延时触发电路生成第三控制信号，以按设定的时序控制所述电流控制单元向所述igbt施加导通电流、控制所述igbt驱动模块向所述igbt施加所述第二驱动电压以及控制所述电压采样单元采集所述第二导通电压值。5.根据权利要求4所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述第一延时触发电路包括第一单稳态多谐振荡器，所述第二延时触发电路包括第二单稳态多谐振荡器，所述第三延时触发电路包括第三单稳态多谐振荡器；所述第一单稳态多谐振荡器的第一下降沿触发端与所述中央处理单元的输出端连接，所述第一单稳态多谐振荡器的第一正向输出端与所述电流控制单元的输入端及所述第二单稳态多谐振荡器的第一上升沿触发端连接，所述第二单稳态多谐振荡器第一正向输出端与所述第二单稳态多谐振荡器的第二下降沿触发端连接，所述第二单稳态多谐振荡器的第二正向输出端与所述igbt驱动模块的输入端及所述第三单稳态多谐振荡器的第一上升沿触发端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的第一正向输出端与所述第三单稳态多谐振荡器的第二下降沿触发端连接，所述第三单稳态多谐振荡器的第二正向输出端与所述电压采样单元的输入端连接。6.根据权利要求4所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述电流功率单元包括电流采样电阻及功率mos管，所述电流采样电阻及所述功率mos管串联在母线上；所述电流控制单元包括：第一选通开关、电压跟随电路及推挽电路，所述dac单元的输出端与所述第一选通开关的通道选择端连接，所述第一选通开关的输入端与所述第一延时触发电路的输出端连接，所述第一选通开关的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压跟随电路的输出端与所述推挽电路的输入端连接，所述推挽电路的输出端与所述功率mos管的门极连接；所述第一选通开关用于在接收到所述第一控制信号后选通所述第一选通开关的通道选择端和所述第一选通开关的输出端，所述电压跟随电路用于将所述dac单元的输出端输出的电压输入所述推挽电路，所述推挽电路用于将输入的电压进行电压调节后施加在所述功率mos管的门极，以产生流过母线的恒定电流，并将产生的恒定电流通过母线施加在所述
igbt的发射极与集电极之间。7.根据权利要求6所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述电流控制单元还包括电压反馈电路；所述电压反馈电路的输入端与所述电流采样电阻的两端连接，所述电压反馈电路的输出端与所述电压跟随电路的输入端连接，所述电压反馈电路用于将所述电流采样电阻两端的电压反馈至所述电压跟随电路以使得所述电压跟随电路根据所述电压反馈电路反馈的电压调节所述电压跟随电路的输出直至达到稳定状态。8.根据权利要求4所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述igbt驱动模块包括：第二选通开关及电压切换电路；所述第二选通开关的输入端与所述第二延时触发电路的输出端连接，所述第二选通开关的第一通道选择端接地，所述第二选通开关的第二通道选择端接触发电压，所述第二选通开关的输出端与所述电压切换电路连接，所述igbt的门极通过所述电压切换电路与第一电压源及第二电压源连接；所述第二选通开关用于在接收到所述第二控制信号前选通所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通开关的输出端，以及在接收到所述第二控制信号后选通所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端；所述电压切换电路用于在所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后切换所述第一电压源以为所述igbt的门极施加所述第一驱动电压，以及，在所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后通过所述触发电压触发所述电压切换电路切换所述第二电压源以为所述igbt的门极施加所述第二驱动电压。9.根据权利要求8所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述电压切换电路包括：放大子电路及开关子电路；所述放大子电路的输入端与所述第二选通开关的输出端连接，所述放大子电路的输出端与所述开关子电路的控制端连接，所述igbt的门极通过所述开关子电路与所述第二电压源连接，且所述igbt的门极通过所述开关子电路与所述第一电压源连接；所述放大子电路用于在所述第二选通开关的第一通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后控制所述开关子电路切换所述第一电压源以为所述igbt的门极施加所述第一驱动电压；以及在所述第二选通开关的第二通道选择端和所述第二选通开关的输出端被选通后放大所述触发电压以控制所述开关子电路切换所述第二电压源以为所述igbt的门极施加所述第二驱动电压。10.根据权利要求4所述的igbt结温标定系统，其特征在于，所述电压采样单元包括：电压存储电路、第三选通开关、电压保持电路及电压采集电路；所述电压采集电路及所述电压存储电路的输出端分别与所述第二adc单元的输入端连接，所述电压存储电路的输入端与所述第三选通开关的输出端连接，所述第三选通开关的第一通道选择端悬空，所述第三选通开关的第二通道选择端与所述电压保持电路的输出端连接，所述电压保持电路的输入端与所述电压采集电路的输出端连接；所述电压采集电路用于采集所述igbt的导通电压值，所述第三选通开关用于在接收到
所述第三控制信号后选通所述第三选通开关的输出端与所述第三选通开关的第二通道选择端，以使所述电压保持电路将采集到的所述igbt的导通电压值以等效电能的形式存储至所述电压存储电路。

技术总结
本发明实施方式提供一种IGBT结温标定系统，涉及IGBT结温标定技术领域。系统包括：主控模块、温度采集模块、IGBT驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块；主控模块与温度采集模块、IGBT驱动模块、功率采样模块及电流检测控制模块分别电连接，功率采样模块与电流检测控制模块电连接，IGBT驱动模块及功率采样模块分别与IGBT连接；本发明通过控制IGBT的工作状态在工作在线性区与工作在饱和区之间切换，并在控制IGBT工作在不同工作状态时采集不同的结温标定参数，从而实现了对IGBT结温标定测试全流程的自动控制，有利于规范IGBT结温标定的测量，同时使测试结果更精确，测试效率更高。测试效率更高。测试效率更高。


技术研发人员：河内
受保护的技术使用者：蜂巢传动系统（江苏）有限公司
技术研发日：2020.10.29
技术公布日：2022/3/7