CN104181462B - 一种半导体开关器件导通压降的测量电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种半导体开关器件导通压降的测量电路，包括：提供输入电压的电压输入模块；并联于所述电压输入模块的逆变模块；对输入电压进行采样得到采样电压，并将所述采样电压及所述逆变模块的输出电压做减法运算得到所述逆变模块中半导体开关器件的导通压降的测试模块。本发明是一种实时在线测试方法，可以更加及时准确的反映结温和集电极电流的变化所带来导通压降的变化；同时，采用基于霍尔效应实现电气隔离，使得电路的安全性大大提高；此外，电路结构简单，通过测量直流母线电压和输出电压的差来计算半导体开关器件的导通电压，大大降低了待测信号的动态范围，从而提高了测量的精度。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子控制领域，特别是涉及一种半导体开关器件导通压降的测量电路。
背景技术
半导体开关器件体积小、重量轻、耗电少、寿命长、可靠性高，被广泛应用于电源、电机控制、逆变器等领域，其性能的好坏决定了产品的优劣。导通压降是半导体开关器件的重要参数之一，直接关系到器件的输出功率和输出电流的能力，半导体开关器件的导通压降越小，其承受的通态电流越大。另外，半导体开关器件的导通压降还关系到器件工作时的温升及自身的功耗，半导体开关器件的导通压降越大，其温升越高，器件的其它参数将急剧恶化，轻则降低器件寿命，重则立即损坏。
半导体开关器件的导通压降是电路设计中比较重要的一个参数，半导体开关器件的导通压降受结温Tj和集电极电流Ic的影响，在实际电路工作中，结温Tj和集电极电流Ic是不断变化的，导致导通压降不断变化。因此，在线实时的测量半导体开关器件的导通压降有利于准确估计其损耗，从而提高以结温或损耗为依据的保护策略的准确性和有效性。
半导体开关器件的导通压降也是其性能的一个表征，当器件完全失效或损坏之前，其导通压降往往会出现一定的变化，因此，准确实时的监测导通压降将有助于提前预测器件的失效，从而在故障发生前就及时的预警并采取相应的维护措施(或保护动作)，以避免器件失效造成的更大损失。
此外，在功率变换器的某些高精度应用时，半导体开关器件的导通压降将影响变换器输出电压的精度，如果能准确实时的监测导通压降，并将其在控制指令中加以补偿，可以提高变换器的输出精度和控制性能。
名为《基于饱和压降测量的IGBT功率模块状态评估方法研究》的论文中，提出了一种直接测量开关器件的导通和截止电压的电路1，如图1所示，开关器件为绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)，所述IGBT与功率电阻RL及电源VC串联连接，所述IGBT的控制端连接单脉冲触发信号产生装置11，将IGBT放入恒温箱12，通过控制单脉冲触发信号的脉冲宽度，使IGBT导通时间足够短，导通损耗产生的结温约1℃，相比于恒温箱12的几十度的温度，完全可以忽略。给IGBT通以恒定的电流，将示波器13的两个探头分别连接于所述IGBT的集电极和发射极，就可以通过所述示波器13测得恒温下的导通压降。此方法的缺点是，由于半导体开关器件的导通压降一般在几伏，母线电压却高达几百伏乃至更高，开关管导通时集电极和发射极的电压Vce为导通压降，关断时为母线电压，所以，如果直接测量Vce，则测量系统需要具备很高的动态范围和分辨率，在实时在线的测量场合，由于半导体开关器件的开关频率可能高达几十kHz甚至上百kHz，测量系统还需要很快的响应速度。因此，这种方法适用于母线电压不高，测量动态范围不大的场合，而对于大功率变换器，其母线电压可能在400V～4000V范围，这种方法的准确度较低。
另一种常见方法如图2所示，半导体开关器件导通压降的测量电路2采用钳位电路解决动态范围的问题，在半导体开关器件上并联RDD钳位电路22。当半导体开关器件受脉冲产生电路21控制关断时，几百伏的母线通过电感向RDD钳位电路22放电，稳压管222被反向击穿，稳压于10V，示波器23测得的是二极管221导通电压与10V稳压管222的和，约为10.7V；当半导体开关器件导通时，高压母线通过电感向半导体开关器件放电，RDD钳位电路22无电流流过，示波器23测量的就是半导体开关器件的导通压降。此方法适用于离线测量，在实时在线测量的场合，由于其测量电路和功率主电路直接连接，没有电气上的隔离，因此其测量电路需要独立的隔离电源供电，当变换器中有多个器件需要监测时，电路将变得非常复杂，而且可能会引入对主电路的干扰。
因此，如何通过简单的电路结构，在线、实时、准确地测量功率开关器件的导通压降已成为本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种半导体开关器件导通压降的测量电路，用于解决现有技术中半导体开关器件导通压降的测量电路准确性低、响应速度慢、电路复杂、抗干扰能力差、待测信号动态范围大等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种半导体开关器件导通压降的测量电路，所述半导体开关器件导通压降的测量电路至少包括：
电压输入模块、逆变模块、测试模块；
所述电压输入模块用于提供输入电压；
所述逆变模块并联于所述电压输入模块的两端，包括若干个半导体开关器件及负载，通过控制信号对半导体开关器件的导通使半导体开关器件及负载进入导通压降的测试状态；
所述测试模块连接输入电压及所述逆变模块的输出电压，包括采样单元以及运算单元；所述采样单元连接所述输入电压，根据所述控制信号对输入电压进行采样得到采样电压，并输出至所述运算单元；所述运算单元接收所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压，并将所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压做减法运算，最终输出所述逆变模块中测试状态下的半导体开关器件的导通压降。
优选地，所述电压输入模块包括输入电源及整流单元。
优选地，还包括并联于所述电压输入模块两端的第一电压传感器以及并联于所述逆变模块的负载两端的第二电压传感器，所述输入电压及所述逆变模块的输出电压通过电压传感器测量方式引入所述测试模块。
优选地，还包括并联于所述电压输入模块的电解电容。
优选地，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管。
优选地，所述负载为电感。
优选地，所述逆变模块为单相全桥形式，包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及负载。
更优选地，所述采样单元包括第一模拟开关、第二模拟开关、第一与门以及第二与门；所述第一与门的输入端连接于所述第一桥臂及所述第四桥臂的控制端，当所述第一桥臂及所述第四桥臂同时导通时，所述第一与门控制所述第一模拟开关闭合；所述第二与门的输入端连接于所述第二桥臂及所述第三桥臂的控制端，当所述第二桥臂及所述第三桥臂同时导通时，所述第二与门控制所述第二模拟开关闭合。
更优选地，所述运算单元为模拟加法器，所述第一模拟开关连接于所述模拟加法器的正向端，所述第二模拟开关连接于所述模拟加法器的反向端。
优选地，还包括产生所述控制信号的控制信号产生模块。
优选地，还包括连接于所述测试模块输出端的放大器以及连接于所述放大器的模数转换器，用于对所述运算电路输出的导通压降进行处理后供下级电路使用。
优选地，还包括连接于所述测试模块输出端的示波器，用于观察所述运算电路输出的导通压降。
如上所述，本发明的半导体开关器件导通压降的测量电路，具有以下有益效果：
1.本发明是一种实时在线的测量半导体开关器件导通压降的方法，同离线非实时的方法相比，可以更加及时准确的反映结温和集电极电流的变化所带来导通压降的变化。
2.本发明采用基于霍尔效应或其它方式实现电气隔离的电压传感器，所以信号处理电路和待测主电路可以实现电气隔离，使得电路的安全性大大提高。
3.本发明只采用2个电压传感器、1个电流传感器和1套测量电路，就可以实现对一个逆变器中所有参与逆变的半导体开关器件的导通电压的监测，不需要每个开关器件都具备一个测量电路，大大简化了测量系统的复杂性。
4.本发明通过测量直流母线电压和输出电压的差来计算半导体开关器件的导通电压，大大降低了待测信号的动态范围，从而提高了测量的精度。
附图说明
图1显示为现有技术中的直接测量开关器件的导通和截止电压的电路示意图。
图2显示为现有技术中的半导体开关器件导通压降的测量电路示意图。
图3显示为本发明中的半导体开关器件导通压降的测量电路示意图。
图4～图11显示为本发明中的逆变模块在各种测试状态下的电路示意图。
元件标号说明
1 直接测量开关器件的导通和截止电压的电路
11 单脉冲触发信号产生装置
12 恒温箱
13 示波器
2 半导体开关器件导通压降的测量电路
21 脉冲产生电路
22 RDD钳位电路
221 二极管
222 稳压管
23 示波器
3 半导体开关器件导通压降的测量电路
31 电压输入模块
32 逆变模块
321 负载
33 测试模块
331 采样单元
3311 第一模拟开关
3312 第二模拟开关
3313 第一与门
3314 第二与门
332 运算单元
34 第一电压传感器
35 第二电压传感器
36 放大器
37 模数转换器
38 示波器
C 电解电容
L 电感
Q1 第一功率管
Q2 第二功率管
Q3 第三功率管
Q4 第四功率管
D1 第一二极管
D2 第二二极管
D3 第三二极管
D4 第四二极管
Vin 输入电压
Vin1 第一采样电压
Vin2 第二采样电压
Vout 逆变模块输出电压
i 电流
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图3～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图3所示，本发明提供一种半导体开关器件导通压降的测量电路3，所述半导体开关器件导通压降的测量电路3至少包括：
电压输入模块31、逆变模块32、测试模块33；
所述电压输入模块31用于提供输入电压Vin；
所述逆变模块32并联于所述电压输入模块31的两端，包括若干个半导体开关器件及负载321，通过控制信号对所述半导体开关器件的导通使半导体开关器件及负载进入导通压降的测试状态；
所述测试模块33连接输入电压Vin及所述逆变模块32的输出电压Vout，包括采样单元331以及运算单元332；所述采样单元331连接于所述输入电压Vin，根据控制信号对输入电压Vin进行采样得到采样电压，并输出至所述运算单元332；所述运算单元332接收所述采样单元331输出的采样电压及所述逆变模块32的输出电压Vout，并将所述采样单元331输出的采样电压及所述逆变模块32的输出电压Vout做减法运算，最终输出所述逆变模块32中测试状态下的半导体开关器件的导通压降。
如图3所示，所述电压输入模块31包括输入电源及整流单元。所述输入电源为交流电，通过所述整流单元将所述交流电转化为直流电输出，所述输入电压Vin为直流母线电压。
如图3所示，还包括并联于所述电压输入模块31两端的第一电压传感器34以及并联于所述逆变模块32的负载两端的第二电压传感器35，所述输入电压Vin及所述逆变模块32输出电压Vout通过所述第一电压传感器34及所述第二电压传感器35测量的方式引入所述测试模块，实现所述逆变模块32与所述测试模块33的电气隔离，使得电路的安全性大大提高，电气隔离的原理基于霍尔效应或其它方式，在本实施例中，所述逆变模块32与所述测试模块33基于霍尔效应实现电气隔离。
如图3所示，还包括并联于所述电压输入模块31的电解电容C，所述电解电容C用于对输入电压Vin进行滤波。
所述半导体开关器件可以为MOSFET、GTR、GTO、IGBT类型的开关器件，但不仅限于这几种类型，可以是任意类型的半导体开关器件，如图3所示，在本实施例中，所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管(IGBT)，所述绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等效为功率管及与所述功率管反向并联的二极管。
所述负载321可以是各种阻性负载、感性负载、容性负载中的一种或几种的组合，在本实施例中，所述负载321为电感L。所述负载通路中还串联一个电流传感器(图中未显示)，用于测量所述逆变模块32的输出电流，并观察所述逆变模块32中的电流方向。
所述逆变模块32并联于所述电压输入模块31的两端，消耗所述电压输入模块31提供的电能。所述逆变模块32可以是单相全桥、单相半桥、三相全桥、三相半桥形式，但不仅限于这几种。如图3所示，在本实施例中，所述逆变模块32为单相全桥形式，所述单相全桥形式的逆变模块32包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及负载321，所述第一桥臂与所述第二桥臂串联，所述第三桥臂与所述第四桥臂串联后与所述第一桥臂及所述第二桥臂的支路并联。各桥臂分别为1个IGBT类型的开关器件，各IGBT类型的开关器件包括1个功率管及与所述功率管反向并联的1个二极管，各功率管为N型。具体地，如图3所示，在所述第一桥臂中，第一功率管Q1的集电极连接于所述电压输入模块31的输出端、发射极连接于所述第二桥臂中第二功率管Q2的集电极；所述第一二极管D1的负极连接于所述第一功率管Q1的集电极、正极连接于所述第一功率管Q1的发射极。在所述第二桥臂中，第二功率管Q2的集电极连接于所述第一桥臂中第一功率管Q1的发射极、发射极连接于所述电压输入模块31的输入端；所述第二二极管D2的负极连接于所述第二功率管Q2的集电极、正极连接于所述第二功率管Q2的发射极。在所述第三桥臂中，第三功率管Q3的集电极连接于所述电压输入模块31的输出端、发射极连接于所述第四桥臂中第四功率管Q4的集电极；所述第三二极管D3的负极连接于所述第三功率管Q3的集电极、正极连接于所述第三功率管Q3的发射极。在所述第四桥臂中，第四功率管Q4的集电极连接于所述第三桥臂中第三功率管Q3的发射极、发射极连接于所述电压输入模块31的输入端；所述第四二极管D4的负极连接于所述第四功率管Q4的集电极、正极连接于所述第四功率管Q4的发射极。所述负载321连接于所述第一桥臂及所述第二桥臂的连接结点与所述第三桥臂及所述第四桥臂的连接结点之间，在本实施例中，所述负载321为电感L。
所述测试模块33包括采样单元331以及运算单元332。所述采样单元331连接于所述输入电压Vin，根据控制信号对输入电压Vin进行采样得到采样电压，并输出至所述运算单元332。所述运算单元332接收所述采样单元331输出的采样电压及所述逆变模块32的输出电压，并将所述采样单元331输出的采样电压及所述逆变模块32的输出电压做减法运算，最终输出所述逆变模块32中测试状态下的半导体开关器件的导通压降。
如图3所示，所述采样单元331包括第一模拟开关3311、第二模拟开关3312、第一与门3313以及第二与门3314。所述运算单元332为模拟加法器，所述模拟加法器包括1个正向输入端及2个反向输入端。所述第一模拟开关3311的一端连接于所述输入电压Vin、另一端连接于所述模拟加法器的正向端，所述第一与门3313的输入端连接于所述第一桥臂及所述第四桥臂的控制端，当所述第一桥臂及所述第四桥臂同时导通时，所述第一与门3313控制所述第一模拟开关3311闭合，所述输入电压Vin经采样后输出至所述模拟加法器的正向输入端；所述第二模拟开关3312连接于所述模拟加法器的反向端，所述第二与门3314的输入端连接于所述第二桥臂及所述第三桥臂的控制端，当所述第二桥臂及所述第三桥臂同时导通时，所述第二与门3314控制所述第二模拟开关3312闭合，所述输入电压Vin经采样后输出至所述模拟加法器的反向输入端。所述模拟加法器的另一个反向端连接所述逆变模块32的输出电压Vout，所述模拟加法器根据不同的信号相位实现所述采样单元331输出的采样电压及所述逆变模块32的输出电压Vout相减运算，所述模拟加法器最终输出的差值即为不同导通状态下的各半导体开关器件的导通压降。
在本实施例中，仅针对单相全桥形式的逆变模块32做具体测试模块33的阐述，针对不同的逆变模块32形式，所述测试模块33的具体形式也会发生变化，例如器件数量，信号端口等，但是总体实现的功能是不变的，具体电路形式也基本类似，在此不一一赘述。
还包括产生所述控制信号的控制信号产生模块，所述控制信号同时控制所述逆变模块32中各半导体开关器件的导通及所述测试模块33中各模拟开关的闭合，图3中并未显示所述控制信号产生模块。
如图3所示，还包括连接于所述测试模块33输出端的放大器36以及连接于所述放大器36的模数转换器37，用于对所述测试模块33输出的导通压降进行处理后供下级电路使用，例如依据在线实时测得的导通压降对后续电路做调整和补偿以提高精度和控制性能。
如图3所示，还包括连接于所述测试模块33输出端的示波器38，可更为直观地观察所述测试模块33输出的导通压降，当导通压降出现异常变化时，有助于提前预测器件的失效，从而在故障发生前就及时的预警并采取相应的维护措施(或保护动作)，以避免器件失效造成的更大损失。
本发明的半导体开关器件导通压降的测量电路3的工作原理如下：
为了实现测试模块33与逆变模块32的隔离，所述输入电压Vin及所述逆变模块32的输出电压Vout均通过电压传感器得到。输入电压Vin为直流母线电压，直流母线电压信号由模拟开关控制。
图4～图11显示为本发明中的所述逆变模块32在各种测试状态下的电路示意图，图中粗线为参加工作的电路部分，细线为未参加工作的电路部分。
当控制信号中连接第一桥臂及连接第四桥臂的控制信号为高信号、连接第二桥臂及连接第三桥臂的控制信号为低信号时，如图4～图5所示，所述逆变模块32中第一桥臂及第四桥臂导通，第二桥臂及第三桥臂截止。当电流i正向流动时，如图4所示，所述第一功率管Q1及所述第四功率管Q4导通，所述第一二极管D1及所述第四二极管D4截止，所述电解电容C向所述第一功率管Q1、所述第四功率管Q4及所述电感L放电，所述第一功率管Q1及所述第四功率管Q4进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。此时，如图3所示，所述第一与门3313的控制信号全为高电平信号，所述第一模拟开关3311闭合，所述第一模拟开关3311将第一采样电压Vin1输出至所述模拟加法器的正向端；所述第二与门3314的控制信号全为低电平信号，所述第二模拟开关3312断开。所述模拟加法器得出所述第一采样电压Vin1与所述逆变模块32输出电压的差值，即为所述第一功率管Q1与所述第四功率管Q4的导通压降之和，即VQ1+VQ4＝Vin1－Vout。当电流i反向流动时，如图5所示，所述第一功率管Q1及所述第四功率管Q4截止，所述第一二极管D1及所述第四二极管D4导通，所述电感L向所述第一二极管D1、所述第四二极管D4及所述电解电容C放电，所述第一二极管D1及所述第四二极管D4进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。所述模拟加法器得出所述第一采样电压Vin1与所述逆变模块32输出电压的差值，即为所述第一二极管D1及所述第四二极管D4的导通压降之和，即VD1+VD4＝Vin1－Vout。
当控制信号中连接第二桥臂及连接第三桥臂的控制信号为高信号、连接第一桥臂及连接第四桥臂的控制信号为低信号时，如图6～图7所示，所述逆变模块32中第二桥臂及第三桥臂导通，第一桥臂及第四桥臂截止。当电流i正向流动时，如图6所示，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3导通，所述第二功率管Q2及所述第三功率管Q3截止，所述电感L向所述第二二极管D2、所述第三二极管D3及所述电解电容C放电，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。此时，如图3所示，所述第一与门3313的控制信号全为低电平信号，所述第一模拟开关3311断开；所述第二与门3314的控制信号全为高电平信号，所述第二模拟开关3312闭合，所述第二模拟开关3312将第二采样电压Vin2输出至所述模拟加法器的反向端。所述模拟加法器得出所述第二采样电压Vin2与所述逆变模块32输出电压的差值，即为所述第二二极管D2与所述第三二极管D3的导通压降之和，即VD2+VD3＝Vin2+Vout。当电流i反向流动时，如图7所示，所述第二功率管Q2及所述第三功率管Q3导通，所述第二二极管D2及所述第三二极管D3截止，所述电解电容C向所述第二功率管Q2、所述第三功率管Q3及所述电感L放电，所述第二功率管Q2及所述第三功率管Q3进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。所述模拟加法器得出所述第二采样电压Vin2与所述逆变模块32输出电压Vout的差值，即为所述第二功率管Q2及所述第三功率管Q3的导通压降之和，即VQ2+VQ3＝Vin2+Vout。
当控制信号中连接第一桥臂及连接第三桥臂的控制信号为高信号、连接第二桥臂及连接第四桥臂的控制信号为低信号时，如图8～图9所示，所述逆变模块32中第一桥臂及第三桥臂导通，第二桥臂及第四桥臂截止。当电流i正向流动时，如图8所示，所述第一功率管Q1及所述第三二极管D3导通，所述电感L向所述第一功率管Q1及所述第三二极管D3放电，所述第一功率管Q1及所述第三二极管D3进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。此时，如图3所示，所述第一与门3313的控制信号不全为高电平信号，所述第一模拟开关3311断开；所述第二与门3314的控制信号不全为高电平信号，所述第二模拟开关3312断开。所述模拟加法器输出即为所述第一功率管Q1与所述第三二极管D3的导通压降之和，即VQ1+VD3＝Vout。当电流i反向流动时，如图9所示，所述第一二极管D1及所述第三功率管Q3导通，所述电感L向所述第一二极管D1及所述第三功率管Q3放电，所述第一二极管D1及所述第三功率管Q3进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。所述模拟加法器输出即为所述第一二极管D1及所述第三功率管Q3的导通压降之和，即VD1+VQ3＝Vout。
当控制信号中连接第二桥臂及连接第四桥臂的控制信号为高信号、连接第一桥臂及连接第三桥臂的控制信号为低信号时，如图10～图11所示，所述逆变模块32中第二桥臂及第四桥臂导通，第一桥臂及第三桥臂截止。当电流i正向流动时，如图10所示，所述第二二极管D2及所述第四功率管Q4导通，所述电感L向所述第二二极管D2及所述第四功率管Q4放电，所述第二二极管D2及所述第四功率管Q4进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。此时，如图3所示，所述第一与门3313的控制信号不全为高电平信号，所述第一模拟开关3311断开；所述第二与门3314的控制信号不全为高电平信号，所述第二模拟开关3312断开。所述模拟加法器输出即为所述第二二极管D2及所述第四功率管Q4的导通压降之和，即VD2+VQ4＝Vout。当电流i反向流动时，如图11所示，所述第二功率管Q2及所述第四二极管D4导通，所述电感L向所述第二功率管Q2及所述第四二极管D4放电，所述第二功率管Q2及所述第四二极管D4进入导通压降的测试状态，所述逆变模块32的输出电压Vout连接至所述模拟加法器的反向端。所述模拟加法器输出即为所述第二功率管Q2及所述第四二极管D4的导通压降之和，即VQ2+VD4＝Vout。
当电路中没有电流i时，所述测试模块输出为0。所述第一采样电压Vin1及所述第二采样电压Vin2的幅值与所述输入电压Vin(直流母线电压)一致，仅采样的脉冲信号不同。
从上述的工作原理可以看出，根据电流i的方向和驱动的逻辑信号，就可以分别实现对所述第一功率管Q1及所述第四功率管Q4、所述第一二极管D1及所述第四二极管D4、所述第二功率管Q2及所述第三功率管Q3、所述第二二极管D2及所述第三二极管D3、所述第一功率管Q1及所述第三二极管D3、所述第一二极管D1及所述第三功率管Q3、所述第二二极管D2及所述第四功率管Q4、所述第二功率管Q2及所述第四二极管D4的导通压降的监测，在所有的驱动逻辑组合下，该测量电路的输出为两个功率管或两个二极管或一个功率管和一个二极管的导通压降之和，如图4～图11所示，通过所述逆变模块32的输出电压Vout和所述第一采样电压Vin1、所述第二采样电压Vin2就可以得到功率管或者二极管的导通压降。为了更清晰的显示或使用，可以接到所述示波器38或通过所述放大器36及所述模数转换器进行A/D变换，为下一级电路做准备。不仅避免了示波器38通道饱和，而且实现了高精度、高准确度在线实时测量。
本发明的半导体开关器件导通压降的测量电路是一种实时在线方法，同离线非实时的方法相比，可以更加及时准确的反映结温和集电极电流的变化所带来导通压降的变化；同时，本发明采用基于霍尔效应或其它方式实现电气隔离的电压传感器，所以逆变模块和测试模块可以实现电气隔离，使得电路的安全性大大提高；而且，本发明采用简单电路实现对一个逆变器中所有参与逆变的半导体开关器件的导通电压的监测，不需要每个开关器件都具备一个测量电路，大大简化了测量系统的复杂性；此外，本发明通过测量直流母线电压和输出电压的差来计算半导体开关器件的导通电压，大大降低了待测信号的动态范围，从而提高了测量的精度。
综上所述，本发明提供一种半导体开关器件导通压降的测量电路，至少包括：电压输入模块、逆变模块、测试模块；所述电压输入模块用于提供输入电压；所述逆变模块并联于所述电压输入模块的两端，包括多个半导体开关器件及负载，通过控制信号对半导体开关器件的导通使半导体开关器件进入导通压降的测试状态；所述测试模块包括采样单元以及运算单元；所述采样单元连接于所述输入电压，根据控制信号对输入电压进行采样得到采样电压，并输出至所述运算单元；所述运算单元接收所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压，并将所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压做减法运算，最终输出所述逆变模块中测试状态下的半导体开关器件的导通压降。本发明的半导体开关器件导通压降的测量电路是一种实时在线方法，同离线非实时的方法相比，可以更加及时准确的反映结温和集电极电流的变化所带来导通压降的变化；同时，本发明采用基于霍尔效应或其它方式实现电气隔离的电压传感器，所以信号处理电路和待测主电路可以实现电气隔离，使得电路的安全性大大提高；而且，本发明采用简单电路实现对一个逆变器中所有参与逆变的半导体开关器件的导通电压的监测，不需要每个开关器件都具备一个测量电路，大大简化了测量系统的复杂性；此外，本发明通过测量直流母线电压和输出电压的差来计算半导体开关器件的导通电压，大大降低了待测信号的动态范围，从而提高了测量的精度。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (12)
1.一种半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于，所述半导体开关器件导通压降的测量电路至少包括：
电压输入模块、逆变模块、测试模块；
所述电压输入模块用于提供输入电压；
所述逆变模块并联于所述电压输入模块的两端，包括若干个半导体开关器件及负载，通过控制信号对半导体开关器件的导通使半导体开关器件及负载进入导通压降的测试状态；
所述测试模块连接输入电压及所述逆变模块的输出电压，包括采样单元以及运算单元；所述采样单元连接所述输入电压，根据所述控制信号对输入电压进行采样得到采样电压，并输出至所述运算单元；所述运算单元接收所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压，并将所述采样单元输出的采样电压及所述逆变模块的输出电压做减法运算，最终输出所述逆变模块中测试状态下的半导体开关器件的导通压降。
2.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述电压输入模块包括输入电源及整流单元。
3.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：还包括并联于所述电压输入模块两端的第一电压传感器以及并联于所述逆变模块的负载两端的第二电压传感器，所述输入电压及所述逆变模块的输出电压通过电压传感器测量方式引入所述测试模块。
4.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：还包括并联于所述电压输入模块的电解电容。
5.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述半导体开关器件为绝缘栅双极型晶体管。
6.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述负载为电感。
7.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述逆变模块为单相全桥形式，包括第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂、第四桥臂以及负载。
8.根据权利要求7所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述采样单元包括第一模拟开关、第二模拟开关、第一与门以及第二与门；所述第一与门的输入端连接于所述第一桥臂及所述第四桥臂的控制端，当所述第一桥臂及所述第四桥臂同时导通时，所述第一与门控制所述第一模拟开关闭合；所述第二与门的输入端连接于所述第二桥臂及所述第三桥臂的控制端，当所述第二桥臂及所述第三桥臂同时导通时，所述第二与门控制所述第二模拟开关闭合。
9.根据权利要求8所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：所述运算单元为模拟加法器，所述第一模拟开关连接于所述模拟加法器的正向端，所述第二模拟开关连接于所述模拟加法器的反向端。
10.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：还包括产生所述控制信号的控制信号产生模块。
11.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：还包括连接于所述测试模块输出端的放大器以及连接于所述放大器的模数转换器，用于对所述运算单元输出的导通压降进行处理后供下级电路使用。
12.根据权利要求1所述的半导体开关器件导通压降的测量电路，其特征在于：还包括连接于所述测试模块输出端的示波器，用于观察所述运算单元输出的导通压降。
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