CN103777086A

CN103777086A - 功率模块双脉冲试验装置

Info

Publication number: CN103777086A
Application number: CN201210405417.7A
Authority: CN
Inventors: 张中
Original assignee: CNR Datong Electric Locomotive Co Ltd
Current assignee: CRRC Datong Co ltd
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-05-07

Abstract

本发明提供一种功率模块双脉冲试验装置，该装置包括输入电源、控制模块、信号发生器、示波器和控制电源。控制模块具有第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端。控制模块包括支撑电容、第一开关、第二开关和电感。信号发生器与功率模块的控制信号输入端相连。示波器用于连接在待测桥臂的待测控制开关管的栅极和漏极之间。控制电源用于连接在待测桥臂的除待测控制开关管之外的控制开关管的栅极和漏极之间。本发明提供的功率模块双脉冲试验装置，实现可对功率模块的性能测试。

Description

功率模块双脉冲试验装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术，尤其涉及一种功率模块双脉冲试验装置。

背景技术

随着轨道交通装备电传动技术的向前发展和产品的不断更新，电力机车、电动车组的牵引电气系统和辅助电源大多采用变流技术，牵引变流器和辅助变流器已成为轨道交通装备电传动系统主要的技术和产品构成。功率模块作为变流器装置的主电路的主要构成部件，其技术的先进性和质量的可靠性将直接影响牵引变流器、辅助变流器工作的可靠性和稳定性，从而影响到电力机车或电动车组运行的可靠性和稳定性。因此，亟需提出对功率模块的关键参数进行综合测试和试验的手段，以提高功率模块设计合理性和可靠性。

发明内容

本发明提供一种功率模块双脉冲试验装置，以实现对功率模块的性能测试。

本发明提供一种功率模块双脉冲试验装置，包括：

输入电源；

控制模块，具有第一电源输入端、第二电源输入端、第一输出端、第二输出端和第三输出端，所述第一电源输入端和第二电源输入端分别用于与所述输入电源相连，所述第一输出端用于与功率模块的待测桥臂的第一控制开关管的源极相连，所述第二输出端用于与所述第一控制开关管的漏极相连，所述第三输出端用于与所述功率模块的待测桥臂的第二控制开关管的漏极相连；

所述控制模块包括：

支撑电容，连接在所述第一电源输入端和所述第二电源输入端之间；

第一开关，所述第一开关的一端分别与所述支撑电容的一端和所述第一输出端相连；

第二开关，所述第二开关的一端与所述第一开关的另一端相连，所述第二开关的另一端分别与所述支撑电容的另一端和所述第三输出端相连；

电感，所述电感的一端与连接点相连，所述电感的另一端与所述第二输出端相连，其中，所述连接点为所述第一开关和所述第二开关之间的连接点；

信号发生器，与所述功率模块的控制信号输入端相连，用于产生双脉冲信号；

示波器，用于连接在所述待测桥臂的待测控制开关管的栅极和漏极之间，以显示所述待测控制开关管的参数波形；

控制电源，用于连接在所述待测桥臂的除待测控制开关管之外的控制开关管的栅极和漏极之间，以使所述除待测控制开关管之外的控制开关管关断。

由上述技术方案可知，本发明提供的功率模块双脉冲试验装置，通过输入电源、控制模块、信号发生器、示波器和控制电源的设置，可以对功率模块中每个控制开关管的性能参数进行综合测试，以通过测试到的性能参数验证功率模块集成设计、驱动电路和分布电感等参数设计的合理性，并根据测试结果对功率模块的设计进行调整，提高功率模块的可靠性和稳定性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种功率模块双脉冲试验装置结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种功率模块双脉冲试验装置结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种测试波形示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种测试波形示意图。

具体实施方式

图1为本发明实施例提供的一种功率模块双脉冲试验装置结构示意图。如图1所示，本实施例提供的功率模块双脉冲试验装置具体可以用于对功率模块13的性能测试过程。功率模块13主要包括控制开关管，若功率模块13为单相功率模块，则该功率模块13包括两个控制开关管，形成一个桥臂，若功率模块13为三相功率模块，则该功率模块13包括六个控制开关管，形成三个桥臂。对功率模块13的性能测试即为对功率模块13中每个控制开关管的测试。控制开关管具体可以为绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，简称IGBT），IGBT还可以反并联一个二极管，以对该IGBT进行保护。图1中示出了功率模块13的一个桥臂，该桥臂包括第一控制开关管T1和第二控制开关管T2，第一控制开关管T1和第二控制开关管T2相连。

本实施例提供的功率模块双脉冲试验装置具体包括输入电源11、控制模块12、信号发生器Sg、示波器Vge2和控制电源Vge1。控制模块12具有第一电源输入端Ud+、第二电源输入端Ud-、第一输出端P1、第二输出端P2和第三输出端P3，第一电源输入端Ud+和第二电源输入端Ud-分别用于与输入电源11相连，第一输出端P1用于与功率模块13的待测桥臂的第一控制开关管T1的源极相连，第二输出端P2用于与第一控制开关管T1的漏极相连，第三输出端P3用于与功率模块13的待测桥臂的第二控制开关管T2的漏极相连。控制模块12包括支撑电容C、第一开关KM1、第二开关KM2和电感L。支撑电容C连接在第一电源输入端和第二电源输入端之间。第一开关KM1的一端分别与支撑电容C的一端和第一输出端P1相连。第二开关KM2的一端与第一开关KM1的另一端相连，第二开关KM2的另一端分别与支撑电容C的另一端和第三输出端P3相连。电感L的一端与连接点相连，电感L的另一端与第二输出端P2相连，其中，连接点为第一开关KM1和第二开关KM2之间的连接点。信号发生器Sg与功率模块13的控制信号输入端相连，用于产生双脉冲信号。示波器Vge2用于连接在待测桥臂的待测控制开关管的栅极和漏极之间，以显示待测控制开关管的参数波形。控制电源Vge1用于连接在待测桥臂的除待测控制开关管之外的控制开关管的栅极和漏极之间，以使除待测控制开关管之外的控制开关管关断。

具体地，在实际应用中，存在多种不同电压、电流等级的功率模块13，例如：牵引功率模块13电压等级为：1800V、2800V、3800V，辅助功率模块13电压等级为：600V、750V、1800V、2800V、3800V，牵引和辅助功率模块13电流等级为：500A-3000A。可以根据功率模块13的具体参数来设置输入电源11。功率模块13双脉冲试验装置中的支撑电容C和电感L的参数也可以根据功率模块13的具体参数来设置。

对功率模块13进行测试时，以测试第二控制开关管T2为例，将功率模块13双脉冲试验装置的控制模块12的第一输出端P1与第一控制开关管T1的源极相连，将控制模块12的第二输出端P2与第一控制开关管T1和第二控制开关管T2的连接点相连，将控制模块12的第三输出端P3与第二控制开关管T2的漏极相连。将功率模块13双脉冲试验装置的控制电源Vge1连接在第一控制开关管T1的栅极和漏极之间，以提供反向电压，使得第一控制开关管T1永久关断。将功率模块13双脉冲试验装置的示波器Vge2连接在第二控制开关管T2的栅极和漏极之间。将功率模块13双脉冲试验装置的信号发生器Sg与功率模块13的控制信号输入端相连。在测试过程中，将第一开关KM1闭合，第二开关KM2断开。通过信号发生器Sg编辑和产生双脉冲，可根据不同电流等级的功率模块13的电流需求，编辑和产生不同脉宽的双脉冲信号，为控制开关管的驱动板提供双脉冲信号。信号发生器Sg产生的双脉冲触发第二控制开关管T2工作，通过示波器Vge2的多个通道分别采集第二控制开关管T2的性能参数，该性能参数具体可以为源极-漏极电压、栅极-漏极电压和电流IC等，示波器Vge2可以将采集到的参数波形显示。示波器Vge2还可以将采集到的性能参数存储，以便于离线分析。通过分析上述参数和波形数据，可以分析和评估控制开关管的驱动电路的开通电阻、关断电阻的数值是否合适，是否需要配备吸收电路，分析和评估线路的杂散电感引起的反向峰值电压是否超出控制开关管的电压限值，验证控制开关管的二极管的工作状态是否在安全工作区，可以检测控制开关管在开关时的特性参数，验证不同品牌的控制开关管并联使用时的特性指标和均流参数等，还可以分析判断功率模块13集成设计、驱动电路和复合母排分布参数是否在技术要求之内。

对第一控制开关管T1进行测试时，相应地将控制电源Vge1连接在第二控制开关管T2的栅极和漏极之间，以提供反向电压，使得第二控制开关管T2永久关断。将示波器Vge2连接在第一控制开关管T1的栅极和漏极之间。在测试过程中，将第二开关KM2闭合，第一开关KM1断开，通过信号发生器Sg产生双脉冲，触发第一控制开关管T1工作，通过示波器Vge2的多个通道分别采集第一控制开关管T1的性能参数，并显示波形。当功率模块13为多相功率模块13时，对功率模块13中的每个控制开关管的测试过程类似，在此不再赘述。

本实施例提供的功率模块双脉冲试验装置，通过输入电源11、控制模块12、信号发生器Sg、示波器Vge2和控制电源Vge1的设置，可以对功率模块13中每个控制开关管的性能参数进行综合测试，以通过测试到的性能参数验证功率模块13集成设计、驱动电路和分布电感等参数设计的合理性，并根据测试结果对功率模块13的设计进行调整，提高功率模块13的可靠性和稳定性。

图2为本发明实施例提供的另一种功率模块双脉冲试验装置结构示意图。如图2所示，在本实施例中，该控制模块12还可以包括第一电阻R1，第一电阻R1与支撑电容C并联。通过第一电阻R1的设置，可以消耗支撑电容C放电过程的多余能量，提高控制模块12的安全性。

在本实施例中，该控制模块12还可以包括电流保护器TA，电流保护器TA连接在支撑电容C的一端与第一开关KM1的一端之间。其功能是防止试验过程中，当功率元件损坏时能够提供电路的过电流保护。其具体组成为电流传感器、控制装置和控制软件，当控制模块12中的电流过大时，自动断路以实现过流保护，进一步提高控制模块12的安全性。

在本实施例中，控制模块12还可以包括第二电阻R2和指示灯LD，第二电阻R2和指示灯LD，第二电阻R2和指示灯LD串联后与支撑电容C并联。指示灯LD用于指示控制模块12的工作状况，第二电阻R2的参数具体可以根据指示灯LD的工作参数来设置，以保证指示灯LD正常工作。

在本实施例中，优选地，电感L为可调电抗器。通过可调电抗器的设置，可以调整电抗器的电感参数，以适应不同电流等级的功率模块13。

在本实施例中，优选地，输入电源11为可调直流稳压电源。可调直流稳压电源用于为试验电路提供稳定的直流电压，其输入取自单相交流220V，通过整流、逆变、隔离和滤波等电路处理后变为可调的直流稳压电源。通过可调直流稳压电源的设置，可以调整稳压电源的电压参数，以适应不同电压等级的功率模块。

在实际应用过程中，可调直流稳压电源的技术参数可以为：

变换模式：AC-DC-AC-DC；标称功率：3kW；输入电压：AC220V/50Hz；输出电压：DC300V-4500V；稳压精度：5%。

可调电抗器的技术参数可以为：

标称电压：AC3000V；标称电流：25A；电感值：0-500μH；电感值分度：30μH；精确度：0.5级。

信号发生器Sg的技术参数可以为：

标称功率：50W；工作电压：AC220V/50Hz；工作频率：10MHz；信号电平：5V；负载能力：0.5W；信号波形：可编辑；存储容量：100M。示波器Vge2的技术参数可以为：标称功率：100W；工作电压：AC220V/50Hz；工作频率：100MHz；信号电平：5V；负载能力：0.5W；信号波形：可编辑；存储容量：100M；探头配置：低压电压探头：500V；高压电压探头：5000V；高压电流探头：罗氏探头。

为了便于操作，本发明实施例提供的功率模块13双脉冲试验装置还可以设置在试验平台中，试验平台包括操纵台，操纵台上设置控制开关管、多位转换开关、按钮、仪表、指示灯等必要的人机操作和显示部件，以实现对功率模块13双脉冲试验装置的控制模块12中可调电抗器、可调直流稳压电源、信号发生器Sg和示波器Vge2等器件的工作状态和参数的调节和控制。

以下以本发明实施例提供的功率模块双脉冲试验装置在八轴交流传动电力机车辅助功率模块研制时的测试数据为例进行说明。

（1）三相逆变模块双脉冲试验波形

试验条件：

双脉冲规格：第一个脉冲宽度40us，第二个脉冲宽度20us；

电流探头：T相输出电缆；

电感值：调到90uH。

测试波形如图3所示。波形W1为输入驱动板脉冲信号，0~15V双脉冲（1格10V）；波形W2为源极-漏极电压VCE：0-700V（差分探头×500V挡）（1格500mV）；波形W3为电流IC：0-850A（电流探头1mV/A，绕在T端电缆上）。

VCE为1.43×500=715V；

IC最大电流为850mV×1mV/A=850A。

（2）充电机模块双脉冲试验波形

试验条件：

双脉冲规格：第一个脉冲宽度50us，第二个脉冲宽度30us；

电流探头：T相输出电缆；

电感值：调到140uH。

测试波形如图4所示。波形W1为输入驱动板脉冲信号，0~15V双脉冲（1格10V）；波形W2为源极-漏极电压VCE：0-700V（差分探头×500V挡）（1格500mV）；波形W3为电流IC：0-850A（电流探头1mV/A，绕在T端电缆上）。

VCE为1.41×500=705V；

IC最大电流为269mV×1mV/A=269A。

通过本发明实施例提供的功率模块双脉冲试验装置对功率模块进行测试，可以实现不同生产厂家IGBT功率器件的技术分析和性能比较，不同项目电力机车用牵引变流器、辅助变流器功率模块技术参数的归类、汇总和技术分析，以及功率模块双脉冲试验技术研究和技术规范的形成。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种功率模块双脉冲试验装置，其特征在于，包括：

输入电源；

所述控制模块包括：

2.根据权利要求1所述的功率模块双脉冲试验装置，其特征在于，所述控制模块还包括：

第一电阻，与所述支撑电容并联。

3.根据权利要求1所述的功率模块双脉冲试验装置，其特征在于，所述控制模块还包括：

电流保护器，连接在所述支撑电容的一端与所述第一开关的一端之间。

4.根据权利要求1所述的功率模块双脉冲试验装置，其特征在于，所述控制模块还包括：

第二电阻和指示灯，所述第二电阻和指示灯串联后与所述支撑电容并联。

5.根据权利要求1-4任一所述的功率模块双脉冲试验装置，其特征在于：所述电感为可调电抗器。

6.根据权利要求1-4任一所述的功率模块双脉冲试验装置，其特征在于：所述输入电源为可调直流稳压电源。