胡圣烽

摘 要：在電力生產(chǎn)的持續(xù)變革下，大容量電力電子器件如何有效保障自身的安全可靠性也成為人們比較關(guān)注的問題之一。本文通過(guò)選擇以大容量電力電子器件作為主要研究對(duì)象，在結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)分別從靜態(tài)提取和動(dòng)態(tài)提取兩個(gè)角度出發(fā)，歸納說(shuō)明大容量電力電子器件熱敏電參數(shù)結(jié)溫提取原理的基礎(chǔ)之上，指出未來(lái)大容量電力電子器件結(jié)溫提取還將朝著集成化的方向發(fā)展。關(guān)于大容量電力電子器件結(jié)溫研究的系統(tǒng)性、統(tǒng)一性以及相關(guān)性也將得到進(jìn)一步提高。

關(guān)鍵詞：大容量電力電子器件；結(jié)溫提??；原理

引言：當(dāng)前在提取大容量電力電子器件結(jié)溫參數(shù)方面，所使用的提取法眾多，其中尤以熱敏感電參數(shù)提取法應(yīng)用最為廣泛。這主要是由于該中提取方法具有高精度、響應(yīng)快等眾多優(yōu)勢(shì)特性。因此本文將通過(guò)對(duì)其提取原理進(jìn)行相應(yīng)說(shuō)明，在幫助人們正確理解和認(rèn)識(shí)熱敏感電參數(shù)提取法下，嘗試對(duì)該積溫提取法未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行探究，進(jìn)而為推動(dòng)大容量電力電子器件結(jié)溫研究提供必要參考幫助。

一、提取大容量電力電子器件熱敏感電參數(shù)結(jié)溫的原理分析

（一）提取靜態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫

目前在提取靜態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫方面擁有各種不同的提取方法，包括短路電流法以及大電流注入法等等。本文將以大電流注入法為例，該方法通過(guò)運(yùn)用負(fù)載電流在導(dǎo)通狀態(tài)下，器件將會(huì)出現(xiàn)通態(tài)壓降，在直接將其作為熱敏感電參數(shù)下進(jìn)行相應(yīng)提取即可。在使用大電流注入法下，當(dāng)完成校正程序后，此時(shí)致熱源為集電極電流，通過(guò)導(dǎo)通需要測(cè)量的大容量電力電子器件后對(duì)集電極電流與電壓降進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量，而后運(yùn)用專業(yè)的離線數(shù)據(jù)庫(kù)便可以對(duì)瞬時(shí)結(jié)溫進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。但值得注意的是，大容量電力電子器件自身之間的差異性會(huì)使得各電壓與電流等級(jí)下的器件，在大電流飽和壓降方面不盡相同，進(jìn)而直接影響該提取法的精準(zhǔn)性與靈敏度。因此需要及時(shí)精準(zhǔn)提取出無(wú)關(guān)集電極電流的熱敏感電參數(shù)，以此有效達(dá)到控制誤差的效果。

（二）提取動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫

以內(nèi)置驅(qū)動(dòng)溫敏電阻法為代表的動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫提取法，目前也是在大容量電力電子器件結(jié)溫提取當(dāng)中應(yīng)用比較廣泛的一種提取法。其主要是通過(guò)利用在結(jié)溫影響下的門極驅(qū)動(dòng)回路信息完成對(duì)大容量電力電氣功率器件的結(jié)溫提取。

在上圖所示的門極驅(qū)動(dòng)回路當(dāng)中，Ig和Cge分別代表著門極電流與門極電阻，，Lp與Rg則分別代表著驅(qū)動(dòng)回路中等效雜散電感和外部門極電阻。Rgi代表著內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電阻。在該門極驅(qū)動(dòng)回路當(dāng)中，模塊結(jié)溫一旦發(fā)生變化，門極電容以及模塊內(nèi)置驅(qū)動(dòng)電阻也將隨之出現(xiàn)相應(yīng)的變化。也就是說(shuō)在驅(qū)動(dòng)電壓固定不變的情況下，各結(jié)溫均有驅(qū)動(dòng)回路阻抗與之相對(duì)應(yīng)，進(jìn)而使得Vg即外部驅(qū)動(dòng)測(cè)量信號(hào)發(fā)生改變。通過(guò)利用這一方法提取大容量電力電子器件熱敏感電參數(shù)，可以徹底以往結(jié)溫提取對(duì)于有源或是無(wú)源輔助電路高度依賴的情況，從而大大減少相關(guān)結(jié)溫提取參數(shù)，以此有效方便順利完成熱敏感電參數(shù)提取工作。通常情況下，在IGBT器件開通瞬態(tài)時(shí)，通過(guò)利用內(nèi)置驅(qū)動(dòng)溫敏電阻法便可以高效完成門極有效信息的提取工作，進(jìn)而避免出現(xiàn)結(jié)溫提取影響中斷變流器正常運(yùn)行的情況[1]。

二、大容量電力電子器件結(jié)溫提取的研究展望

（一）結(jié)溫提取更加集成化

相比于靜態(tài)熱敏感電參數(shù)提取，動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫提取具有更高的適應(yīng)性，因此我們有理由相信未來(lái)大容量電力電子器件結(jié)溫提取研究重點(diǎn)還將放置在動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)結(jié)溫提取上。由于當(dāng)前大容量電力電子器件經(jīng)常面臨在高電壓、大電流高頻開關(guān)狀態(tài)下運(yùn)行，因此包括過(guò)流以及短路等在內(nèi)的保護(hù)機(jī)制長(zhǎng)時(shí)間處于工作狀態(tài)。為此，本文認(rèn)為，未來(lái)在研究大容量電力電子器件結(jié)溫提取的過(guò)程中，研究人員還將在不影響變流系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)上，高度集成芯片溫度檢測(cè)功能，從而可以更加高效地再現(xiàn)完成器件結(jié)溫提取工作。如在IGBT模塊當(dāng)中，將開爾文發(fā)射極端子同發(fā)射極功率端子間的寄生電感和作為等效寄生電感，當(dāng)該大容量模塊處于動(dòng)態(tài)開關(guān)切換狀態(tài)下，各電磁信息在芯片溫度的影響下將會(huì)在寄生電感上感應(yīng)出各種動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)。

（二）評(píng)價(jià)方法準(zhǔn)則統(tǒng)一化

考慮到屬性各異的動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)在結(jié)溫提取方法的選用以及影響溫度因素方面存在著巨大差異，即便是在動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)相同的情況下，應(yīng)用工況之間的差異性也會(huì)導(dǎo)致最終表現(xiàn)出的性能指標(biāo)千差萬(wàn)別。因此本文認(rèn)為，未來(lái)大容量電力電子器件結(jié)溫提取研究還將會(huì)把研究目光放置在構(gòu)建統(tǒng)一的評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)方法及規(guī)則上，立足具體的硬件以及控制需求，在與實(shí)際器件工況進(jìn)行充分結(jié)合下，研究出一種可以對(duì)動(dòng)態(tài)熱敏感電參數(shù)性能進(jìn)行綜合反映和全面評(píng)價(jià)的方法準(zhǔn)則。

（三）器件結(jié)溫與工況相關(guān)

有研究人員指出，除了包括擴(kuò)散系數(shù)以及禁帶寬度等在呢你的內(nèi)部半導(dǎo)體物理參數(shù)會(huì)直接影響著大容量電力電子器件結(jié)溫與動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)之間的具體作用，同時(shí)負(fù)載電流以及母線電壓等外部運(yùn)行環(huán)境也會(huì)對(duì)其產(chǎn)生相應(yīng)的制約影響[2]。因此日后在對(duì)大容量電力電子器件結(jié)溫提取進(jìn)行研究的過(guò)程中，還需要通過(guò)站在芯片-模塊-裝置的高度上，主動(dòng)聯(lián)系動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)和大容量電力電子器件運(yùn)行工況之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，從而探究出大容量電力電子器件結(jié)溫和動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)之間的具體關(guān)系。

結(jié)束語(yǔ)：本文在對(duì)大容量電力電子器件結(jié)溫提取進(jìn)行分析研究的過(guò)程中，分別以大電流注入法和內(nèi)置驅(qū)動(dòng)溫敏電阻法為例，對(duì)提取靜態(tài)與動(dòng)態(tài)大容量電力電子器件熱敏電參數(shù)結(jié)溫的基本原理進(jìn)行了相應(yīng)說(shuō)明。鑒于動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)結(jié)溫提取自身具有強(qiáng)大的應(yīng)用效用，因此未來(lái)大容量電力電子器件結(jié)溫提取中，該提取方法還將得到進(jìn)一步廣泛使用，并且越來(lái)越集成化、系統(tǒng)化，能夠準(zhǔn)確說(shuō)明器件結(jié)溫同動(dòng)態(tài)熱敏電參數(shù)的相關(guān)性。

參考文獻(xiàn)

[1]李輝，劉盛權(quán)，李洋，等.考慮多熱源耦合的風(fēng)電變流器IGBT模塊結(jié)溫評(píng)估模型[J].電力自動(dòng)化設(shè)備，2016，36（2）：51-56.

[2]趙爭(zhēng)鳴，袁立強(qiáng)，魯挺，等.我國(guó)大容量電力電子技術(shù)與應(yīng)用發(fā)展綜述[J].電氣工程學(xué)報(bào)，2015，10（4）：26-34.

（作者單位：空軍預(yù)警學(xué)院）