CN104267271A - 一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力电子器件测量技术领域，尤其涉及一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路及方法。该电路主要包括：直流电源、母线电容、多脉冲信号驱动板、二极管、电力电子器件、负载电感、电流互感器、示波器。该方法主要是将国标中的双脉冲测试改为每个脉冲宽度、高低电平时长、脉冲个数均可调的多脉冲测试。通过测量电力电子器件两端电压、电流及多脉冲信号波形，实现了一次实验获取多次开通关断过程波形及不同电流下的动态参数，并能够根据拟测试电流进行人为调节。
Description
技术领域
本发明属于电力电子器件测量技术领域，尤其涉及一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路及方法。
背景技术
随着直流输电及电力电子技术的发展，电力电子器件的应用越来越广泛。随着开关频率的提高，对电力电子器件的动态特性研究也愈发重要。针对器件的动态特性，传统研究及国家标准中都采用双脉冲法来测量，但每次双脉冲实验只能获得一次开通关断过程，而且是一个电压一个电流条件下的开通关断全过程，这就需要大量重复的实验才能获取电力电子器件在不同电压不同电流条件下的参数。除此之外，双脉冲法还不易比较动态参数随电压、电流变化的关系。因此，迫切需要一种只进行一次实验就能够获得多次开通关断的动态过程波形并分析出动态参数随电流变化的规律的测量方法。
发明内容
针对上述问题，本发明设计了一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路，主要包括：直流电源、母线电容、多脉冲信号驱动板、二极管、电力电子器件、负载电感、电流互感器、示波器；
其中，直流电源和母线电容并联，直流电源的正极和二极管的阴极相连，二极管的阳极和电力电子器件的集电极相连，负载电感与二极管并联，电力电子器件的集电极的导线穿过电流互感器；电力电子器件的发射极和直流电源的负极相连，多脉冲信号驱动板和电力电子器件的栅极相连，示波器和电力电子器件的栅极、集电极、发射极以及电流互感器相连，用于同时检测电力电子器件栅极多脉冲驱动信号、电力电子器件集电极和发射极之间的电压以及电力电子器件集电极的电流。
所述多脉冲信号驱动板以DSP芯片为核心器件。
所述电力电子器件为IGBT或MOSFET。
一种用于电力电子器件动态参数快速获取的方法，主要包括：
步骤1、根据待测电力电子器件的额定工作电压，设定小于额定工作电压的试验初始电压U0，开启直流电源给母线电容供电并调节输出电压至试验初始电压U0；
步骤2、设定每个脉冲周期为T，确定脉冲周期的最大个数；为保证测试电压不会发生大的变化，满足测试完成后母线电容电压大于初始电压U0的90％，即电压比值β≥0.9，根据能量转移定律有结合电感电流上升公式得到电感电流上升时间除以每个脉冲周期T，最后得出脉冲周期个数的最大值其中L为负载电感值，C为母线电容值，I为电力电子器件集电极电流值；
步骤3、根据步骤2得到的脉冲周期和脉冲周期个数，多脉冲信号驱动板输出多脉冲信号驱动电力电子器件工作；
步骤4、示波器获取电力电子器件栅极多脉冲驱动信号、电力电子器件集电极和发射极之间电压以及电力电子器件集电极电流的波形；
步骤5、将步骤4中获得的波形根据国家标准GB/T29332-2012或GB/T4586-1994中参数的定义，提取该电压等级下多次开通关断时的动态参数，动态参数包括：单脉冲开通能量、单脉冲关断能量、开通延迟时间、上升时间、开通时间、关断延迟时间、下降时间、关断时间、尾部时间；
步骤6：步骤5得出的多次开通关断的动态参数为在该测试电压且不同电流条件下的开通关断参数，得出的参数变化规律。
所述步骤3中多脉冲驱动板输出多脉冲信号为±15V方波信号，通过改变多脉冲信号的每个脉冲宽度、低电平时长、脉冲个数能获得不同电流下的动态特性波形。
本发明的有益效果为：由于对电力电子器件栅极采用多脉冲信号触发，并且此多脉冲信号为可调信号，可根据需测电流人为设置每个脉冲的宽度、高低电平的时间长、脉冲个数，因此一次实验即可获得器件在多次开通关断下的电压、电流波形，能方便获得不同电流不同电压下的动态特性。
附图说明
图1是本发明电路示意图。
图2是以IGBT为例，实际实验中IGBT的触发信号。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。如图1所示，直流电源、母线电容、多脉冲信号驱动板、二极管、电力电子器件、负载电感、电流互感器、示波器。本实施例中的电力电子器件以IGBT为例，按图1中的电路示意图搭建好电路后，根据测试电压、电流等级对直流电源、电压测量探头、电流互感器进行选型。
然后确定多脉冲信号周期和个数。多脉冲信号的低电平时间不能太短，太短会导致器件在关断阶段的拖尾电流无法重现；多脉冲信号的低电平时间不能过长，过长会导致负载电感电流在器件关断期间出现大幅度下降。多脉冲信号的脉冲个数不能过多，整个多脉冲时间不能过大，时间太长会导致负载电感的电流达到饱和而不再呈现线性增加，具体周期个数需结合负载电感的饱和电流及电源输出电压算出。本实施例中，如图2所示，多脉冲信号占空比为50％、周期为20μs、周期个数为8个。
然后用图2中的多脉冲信号触发IGBT，图2中调节直流电源的输出电压至试验初始电压，给IGBT上电，用示波器获取多脉冲信号、IGBT两端电压Vce、集电极电流Ic的波形。通过TEK示波器获取的实验波形，将示波器波形存为数据，然后经笔记本电脑重画波形，结合国标GB/T29332-2012中对动态特性参数的定义，即可获取中不同电压不同电流下的动态参数。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种用于电力电子器件动态参数快速获取的电路，其特征在于，主要包括：直流电源、母线电容、多脉冲信号驱动板、二极管、电力电子器件、负载电感、电流互感器、示波器；
其中，直流电源和母线电容并联，直流电源的正极和二极管的阴极相连，二极管的阳极和电力电子器件的集电极相连，负载电感与二极管并联，电力电子器件的集电极的导线穿过电流互感器；电力电子器件的发射极和直流电源的负极相连，多脉冲信号驱动板和电力电子器件的栅极相连，示波器和电力电子器件的栅极、集电极、发射极以及电流互感器相连，用于同时检测电力电子器件栅极多脉冲驱动信号、电力电子器件集电极和发射极之间的电压以及电力电子器件集电极的电流。
2.根据权利要求1所示的电路，其特征在于，所述多脉冲信号驱动板以DSP芯片为核心器件。
3.根据权利要求1所示的电路，其特征在于，所述电力电子器件为IGBT或MOSFET。
4.一种基于权利要求1所述电路的电力电子器件动态参数快速获取的方法，其特征在于，主要包括：
步骤1、根据待测电力电子器件的额定工作电压，设定小于额定工作电压的试验初始电压U0，开启直流电源给母线电容供电并调节输出电压至试验初始电压U0；
步骤2、设定每个脉冲周期为T，确定脉冲周期的最大个数；为保证测试电压不会发生大的变化，满足测试完成后母线电容电压大于初始电压U0的90％，即电压比值β≥0.9，根据能量转移定律有结合电感电流上升公式得到电感电流上升时间除以每个脉冲周期T，最后得出脉冲周期个数的最大值其中L为负载电感值，C为母线电容值，I为电力电子器件集电极电流值；
步骤3、根据步骤2得到的脉冲周期和脉冲周期个数，多脉冲信号驱动板输出多脉冲信号驱动电力电子器件工作；
步骤4、示波器获取电力电子器件栅极多脉冲驱动信号、电力电子器件集电极和发射极之间电压以及电力电子器件集电极电流的波形；
步骤5、将步骤4中获得的波形根据国家标准GB/T29332-2012或GB/T4586-1994中参数的定义，提取该电压等级下多次开通关断时的动态参数，动态参数包括：单脉冲开通能量、单脉冲关断能量、开通延迟时间、上升时间、开通时间、关断延迟时间、下降时间、关断时间、尾部时间；
步骤6：步骤5得出的多次开通关断的动态参数为在该测试电压且不同电流条件下的开通关断参数，得出的参数变化规律。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，所述步骤3中多脉冲驱动板输出多脉冲信号为±15V方波信号，通过改变多脉冲信号的每个脉冲宽度、低电平时长、脉冲个数能获得不同电流下的动态特性波形。
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