一種判斷igbt模塊局部放電位置的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，包括：s1、測量試驗IGBT模塊缺陷的位置；s2、對上述試驗IGBT模塊缺陷進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；s3、對被測IGBT模塊進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布；s4、將被測IGBT模塊的局部放電脈沖的相位分布與數(shù)據(jù)庫進行比較，得到被測IGBT模塊的缺陷位置。本發(fā)明的判定方法就是為了解決測試當中無法判斷視在電荷較大的原因等問題。通過對模塊局部放電脈沖的相位分布形狀與其產(chǎn)生缺陷之間的關系進行分析，在前期大量實驗統(tǒng)計的結果上判斷產(chǎn)生缺陷的原因，為提高局部放電通過率提供依據(jù)。
【專利說明】—種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于電子制造領域，特別涉及一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法。
【背景技術】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)是比較理想的全控型器件，其模塊容量應經(jīng)達到400A-2400A/1200V-6500V，滿足電力電子與電力傳動領域應用要求。然而，隨著IGBT功率模塊電壓等級的升高，絕緣系統(tǒng)承受的電場越來越強，完全不發(fā)生局部放電是不實際的。根據(jù)GB/T7305-2003/IEC60270:2000標準局部放電測試方法，測試中將局部放電的視在電荷限制在10pC，保證模塊能安全工作且有足夠長的使用壽命。而就目前IGBT模塊局部放電測試來說，不能在不增加測試方法的基礎上判斷出局部放電發(fā)生位置，檢查出絕緣局部隱形缺陷，為改善工藝條件提供依據(jù)。因此，必須尋找出一種辦法能夠在測試的基礎上判斷出IGBT模塊發(fā)生局部放電的位置。
[0003]目前IGBT模塊局部放電絕緣缺陷位置判斷通常采用光測法，利用放電過程中發(fā)出光子而發(fā)光，通過攝像判斷局部放電位置。其缺點在于:
[0004](I)光測法觀察IGBT模塊局部放電要求破壞模塊，且對模塊內(nèi)部填充物有要求,不容易觀察到被遮擋位置；
[0005](2)對攝像機提出很多要求:放電光譜與放電區(qū)域的氣體組成、材料性質(zhì)、表面形狀等諸多因素有關，不同放電類型放電波長差別很大。同時，局部放電通常發(fā)生在一個很小的區(qū)域，光信號很微弱，對靈敏度要求較高；
[0006](3)試驗目的不同，測量方法不同:觀察局部放電的發(fā)展過程，要求使用高速攝像機；測定局部放電的起始和熄滅電壓，及放電量的大小，最好使用光電倍增管。
[0007]因此，有必要提供一種新型的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明解決的技術問題是提供一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，在不增加測量方法及前期大量統(tǒng)計的基礎上，對視在電荷超標的IGBT模塊局部放電相位分解圖進行分析對比，判斷局部放電發(fā)生位置。
[0009]為解決上述的技術問題，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
[0010]一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，包括:
[0011]s 1、測量試驗IGBT模塊缺陷的位置；
[0012]s2、對上述試驗IGBT模塊缺陷進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；
[0013]S3、對被測IGBT模塊進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布；
[0014]s4、將被測IGBT模塊的局部放電脈沖的相位分布與數(shù)據(jù)庫進行比較，得到被測IGBT模塊的缺陷位置。
[0015]優(yōu)選的，在上述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法中，所述步驟Si中，試驗IGBT模塊缺陷位置的測量采用聲測法、光測法、紅外熱成像法或色譜分析法。
[0016]優(yōu)選的，在上述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法中，所述步驟s2中，局部放電脈沖的相位分布具體是指:將交流試驗電壓的一個周期分解成多個相位窗，記錄每個相位窗中局部放電量及脈沖次數(shù)，得到放電量及脈沖次數(shù)與相位角的分布函數(shù)。
[0017]優(yōu)選的，在上述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法中，所述的步驟s2中，對試驗IGBT模塊同一缺陷進行多次測量或多個同類缺陷進行多次測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。
[0018]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，在不增加測量方法及前期大量統(tǒng)計的基礎上，對視在電荷超標的IGBT模塊局部放電相位分解圖進行分析對比，判斷局部放電發(fā)生位置，具體包括如下優(yōu)點:
[0019](I)本發(fā)明提供一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，以解決測試當中無法判斷視在電荷較大的原因等問題。通過對模塊局部放電脈沖的相位分布形狀與其產(chǎn)生缺陷之間的關系進行分析，在前期大量實驗統(tǒng)計的結果上判斷產(chǎn)生缺陷的原因，為提高局部放電通過率提供依據(jù)。
[0020](2)局部放電已經(jīng)廣泛的應用在電力容器、電纜、變壓器、電機及高壓電器等電力設備中，制定出了有效的測試方法及判斷準則，對提高產(chǎn)品質(zhì)量起到積極的推動作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊的結構示意圖；
[0023]圖2所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊缺陷存在于AlN陶瓷內(nèi)部空穴的放電脈沖的相位分布圖；
[0024]圖3所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊缺陷存在于DBC敷銅板與AlN陶瓷接觸的空隙的放電脈沖的相位分布圖；
[0025]圖4所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊缺陷存在于DBC敷銅板及焊錫邊緣毛刺的放電脈沖的相位分布圖；
[0026]圖5所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊缺陷存在于電極不平整，有尖端的放電脈沖的相位分布圖。
【具體實施方式】
[0027]研究與實踐表明，交流電壓下局部放電脈沖的相位分布形狀與發(fā)生局部放電的缺陷之間有密切的關系。通過對所測IGBT模塊局部放電相位分解圖(PRPD:Phase ResolvedPartial Discharge)的分析,判斷出模塊中發(fā)生局部放電的位置，消除或減少引起局部放電的缺陷，對于提高產(chǎn)品合格率具有重要的意義。
[0028]本發(fā)明實施例公開了一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，包括:
[0029]S1、測量試驗IGBT模塊缺陷的位置；[0030]s2、對上述試驗IGBT模塊缺陷進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；
[0031]S3、對被測IGBT模塊進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布；
[0032]s4、將被測IGBT模塊的局部放電脈沖的相位分布與數(shù)據(jù)庫進行比較，得到被測IGBT模塊的缺陷位置。
[0033]上述IGBT模塊局部放電位置的判定方法就是為了解決測試當中無法判斷視在電荷較大的原因等問題。通過對模塊局部放電脈沖的相位分布形狀與其產(chǎn)生缺陷之間的關系進行分析，在前期大量實驗統(tǒng)計的結果上判斷產(chǎn)生缺陷的原因，為提高局部放電通過率提供依據(jù)。
[0034]下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行詳細的描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0035]圖1所示為本發(fā)明較佳實施例中試驗IGBT模塊的結構示意圖。
[0036]參圖1所述，試驗IGBT模塊包括AlSiC基板、AlN陶瓷絕緣層、形成于AlN陶瓷絕緣層兩個表面的覆銅層、位于覆銅層表面的焊錫、IGBT芯片、續(xù)流二極管、塑料外殼以及位于塑料外殼內(nèi)的環(huán)氧樹脂。
[0037]交流電壓下局部放電脈沖具有特定的幅值及其相對于交流試驗電壓周期特有的相位角，將交流試驗電壓的一個周期(0-360° )分解成若干相位窗，記錄每個相位窗中局部放電量及脈沖次數(shù)，得到放電量及脈沖次數(shù)與相位角的分布函數(shù)，通過識別局部放電模式，判斷出缺陷類型及位置。
[0038]首先測量試驗IGBT模塊的缺陷位置，然后對試驗IGBT模塊缺陷進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布，可以發(fā)現(xiàn)不同缺陷位置所對應的局部放電脈沖的相位分布是有區(qū)別的:
[0039]一、AlN陶瓷內(nèi)部空穴
[0040]參圖2所示,其特點為:
[0041]1.放電脈沖同時出現(xiàn)在試驗電壓幅值絕對值上升的兩個半周期內(nèi)，放電脈沖強度不同，正負半周放電脈沖強度基本相同；
[0042]2.幅值介于零點和峰值之間；
[0043]3.受空穴尺寸限制，電壓增大時脈沖數(shù)量不會變大；
[0044]4.電壓持續(xù)時間增加，脈沖變化不明顯。
[0045]二、DBC敷銅板與AlN陶瓷接觸的空隙
[0046]參圖3所示,其特點為:
[0047]1.放電脈沖同時出現(xiàn)在試驗電壓幅值絕對值上升的兩個半周期內(nèi)，放電脈沖強度不同，正負半周放電脈沖強度不同；
[0048]2.正半周平均強度大，放電發(fā)生在DBC板上部；負半周平均強度大，放電發(fā)生在DBC板下部；
[0049]3.電壓持續(xù)時間增加，脈沖變化不明顯。
[0050]三、DBC敷銅板及焊錫邊緣毛刺(電場極值處:DBC板敷銅層與AlN陶瓷及硅凝膠接觸處)
[0051]參圖4所示,其特點為:
[0052]1.放電脈沖在一個周期兩個電壓極值處對稱出現(xiàn)，平均強度不同；
[0053]2.平均強度大的脈沖，脈沖最大值在電壓最大值(90° )附近；平均強度小脈沖，脈沖強度相當；
[0054]3.正半周平均強度大，放電發(fā)生在DBC板下部；負半周平均強度大，放電發(fā)生在DBC板上部；
[0055]4.脈沖強度隨電壓升高變化不明顯，脈沖數(shù)量增加；
[0056]5.電壓持續(xù)時間增加，放電脈沖強度增加明顯。
[0057]四、電極不平整，有尖端(電暈放電)
[0058]參圖5所示,其特點為:
[0059]1.放電脈沖在負半周期電壓極值處對稱出現(xiàn)；
[0060]2.放電脈沖等間隔，強度基本相當；
[0061]3.電壓升高，脈沖數(shù)量增加，強度幾乎不變；
[0062]4.電壓足夠高時，正半周期會出現(xiàn)少量幅值大的放電；
[0063]5.電壓持續(xù)增加會產(chǎn)生類似直流電流特性。
[0064]由于局部放電具有隨機性，會隨放電位置的物理變化及局部場強和電壓作用發(fā)生變化，因此需要采用與隨機特性有關的統(tǒng)計識別方法進行識別。通過對同一缺陷的多次測量或多個同類缺陷的多次測量得到其局部放電脈沖的相位分布，存儲在數(shù)據(jù)庫中。測量時將所測IGBT模塊局部放電脈沖的相位分布與數(shù)據(jù)庫中進行比較，準確得到模塊絕緣缺陷類型。
[0065]對于本領域技術人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。
[0066]此外，應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施例中的技術方案也可以經(jīng)適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
【權利要求】
1.一種判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，其特征在于，包括:S1、測量試驗IGBT模塊缺陷的位置；s2、對上述試驗IGBT模塊缺陷進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中；S3、對被測IGBT模塊進行測量得到其局部放電脈沖的相位分布；s4、將被測IGBT模塊的局部放電脈沖的相位分布與數(shù)據(jù)庫進行比較，得到被測IGBT模塊的缺陷位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，其特征在于:所述步驟Si中，試驗IGBT模塊缺陷位置的測量采用聲測法、光測法、紅外熱成像法或色譜分析法。
3.根據(jù)權利要求1所述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，其特征在于:所述步驟s2中，局部放電脈沖的相位分布具體是指:將交流試驗電壓的一個周期分解成多個相位窗，記錄每個相位窗中局部放電量及脈沖次數(shù)，得到放電量及脈沖次數(shù)與相位角的分布函數(shù)。
4.根據(jù)權利要求1所述的判斷IGBT模塊局部放電位置的方法，其特征在于:所述的步驟s2中，對試驗IGBT模塊同一缺陷進行多次測量或多個同類缺陷進行多次測量得到其局部放電脈沖的相位分布，獲得缺陷位置與放電脈沖相位分布的對應關系，并存儲在數(shù)據(jù)庫中。`
【文檔編號】G01R31/12GK103605059SQ201310638730
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權日:2013年11月29日
【發(fā)明者】曹琳 申請人:西安永電電氣有限責任公司