CN104931795B - 三电平igbt模块的测试方法、切换电路及装置 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例提供了一种三电平IGBT模块的测试方法、切换电路及装置。所述方法包括：通过将续流电抗器分别连接于交流输出端和负母排端之间、交流输出端和正母排端之间以及交流输出端和母排中点端之间，从而构成不同的换流回路，对相应的IGBT施加脉冲信号，在IGBT开通时，检测换流回路中器件的电压及换流回路的电流，根据电抗器的电压电流关系式计算得出各个连接排的杂散电感。本发明的三电平IGBT模块的测试方法、切换电路及装置能够方便、准确地测试出各个连接排的杂散电感，同时还实现了换流回路的杂散电感及二极管反向恢复电压、电流的测试，以便于根据测试情况推断三电平IGBT模块在各种工况下的过压水平。

Description

三电平IGBT模块的测试方法、切换电路及装置

技术领域

本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种三电平IGBT模块的测试 方法、切换电路及装置。

背景技术

三电平拓扑是中压三电平变流器的重要组成部分，三电平IGBT (Insulated GateBipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)模块中IGBT 的开通关断性能对变流器有重要的影响。伴随着IGBT模块开通关断性 能的提升，仍会出现一些不利影响，例如开通关断会出现斜率较大的开 通电流和关断电流，若此电流加载到直流母排杂散电感和各连接排杂散 电感上，将会感生较大的过电压，过电压与母线电压叠加并作用到IGBT 及IGBT的反并联二级管上，进而造成IGBT和二极管过压损坏，因此， 测试三电平拓扑的各个连接排和正负母排的杂散电感具有重要的意义。

然而，现有技术仅有关于正负母排杂散电感的测试，尚无各个连接 排的测试，此外，掌握换流回路杂散电感的数值，可推断出IGBT在各 种工况的过压情况，同时，分析二极管的反向恢复特性在换流过程中起 着举足轻重的作用，这些都可为产品初期设计提供重要的数据基础和技 术支撑。

发明内容

本发明实施例的目的在于，提供一种三电平IGBT模块的测试方法、 切换电路及装置，能够方便、准确地测试出三电平IGBT模块各个连接 排的杂散电感，从而便于根据测试情况推断三电平IGBT模块在各种工 况下的过压水平。

为实现上述发明目的，本发明的实施例提供了一种三电平IGBT模 块的测试方法，所述三电平IGBT模块包括第一IGBT、第二IGBT、第 三IGBT和第四IGBT，第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、第一 钳位二极管、第二钳位二极管，其中，第一IGBT和正母排端之间的连 接排为第一连接排，第一钳位二极管和第一IGBT之间的连接排为第二 连接排，第二钳位二极管和第四IGBT之间的连接排为第三连接排，第 四IGBT和负母排端之间的连接排为第四连接排，第一钳位二极管和母 排中点端之间的连接排为第五连接排，所述测试方法包括：

将续流电抗器连接于交流输出端和负母排端之间，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第三IGBT持续开通，第 二IGBT工作在脉冲信号下，所述脉冲信号至少包括用于驱动IGBT开 通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号；

当第二IGBT开通时，对由第一钳位二极管、第二IGBT、续流电 抗器和第二直流支撑电容组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计 算得到第五连接排和第二连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第 四连接排的杂散电感之和；

将续流电抗器连接于交流输出端和正母排端之间，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第 三IGBT工作在所述脉冲信号下；

当第三IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、续流电抗器、第三 IGBT和第二钳位二极管组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计 算得到第五连接排和第三连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第 一连接排的杂散电感之和；

将续流电抗器连接于交流输出端和母排中点端之间，进行如下处理：

控制第三IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第 一IGBT工作在所述脉冲信号下；

当第一IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、第一IGBT、第二 IGBT和续流电抗器组成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得 到第五连接排的杂散电感；

根据所述第五连接排和第二连接排的杂散电感之和、第五连接排和 第四连接排的杂散电感之和、第五连接排和第三连接排的杂散电感之和、 第五连接排和第一连接排的杂散电感之和以及第五连接排的杂散电感， 计算得到各个连接排的杂散电感。

本发明的实施例还提供了一种三电平IGBT模块的测试切换电路， 所述三电平IGBT模块包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四 IGBT，第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、第一钳位二极管、第二 钳位二极管，其中，第一IGBT和正母排端之间的连接排为第一连接排， 第一钳位二极管和第一IGBT之间的连接排为第二连接排，第二钳位二 极管和第四IGBT之间的连接排为第三连接排，第四IGBT和负母排端 之间的连接排为第四连接排，第一钳位二极管和母排中点端之间的连接 排为第五连接排，所述测试切换电路包括：切换开关和续流电抗器，其 中，

所述切换开关具有一个固定端和三个切换端，所述固定端通过所述 续流电抗器连接于所述交流输出端，所述三个切换端分别位于负母排端、 正母排端和母排中点端。

本发明的实施例还提供了一种三电平IGBT模块的测试装置，所述 测试装置包括：如前述实施例所述的三电平IGBT模块的测试切换电路， 以及开关控制器、第一控制模块、第一检测及计算模块、第二控制模块、 第二检测及计算模块、第三控制模块、第三检测及计算模块和计算模块， 其中，

所述开关控制器，与所述切换开关相连接，用于控制所述切换开关 的所述固定端与三个切换端之间切换连接；

所述第一控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和负母排 端之间时，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第三IGBT持续开通，第 二IGBT工作在脉冲信号下，所述脉冲信号至少包括用于驱动IGBT开 通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号；

所述第一检测及计算模块，用于当第二IGBT开通时，对由第一钳 位二极管、第二IGBT、续流电抗器和第二直流支撑电容组成的第一换 流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第二连接排的杂散 电感之和，以及第五连接排和第四连接排的杂散电感之和；

所述第二控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和正母排 端之间时，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第 三IGBT工作在所述脉冲信号下；

所述第二检测及计算模块，用于当第三IGBT开通时，对由第一直 流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第二钳位二极管组成的第二换 流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第三连接排的杂散 电感之和，以及第五连接排和第一连接排的杂散电感之和；

所述第三控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和母排中 点端之间时，进行如下处理：

控制第三IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第 一IGBT工作在所述脉冲信号下；

所述第三检测及计算模块，用于当第一IGBT开通时，对由第一直 流支撑电容、第一IGBT、第二IGBT和续流电抗器组成的第三换流回 路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感；

所述计算模块，用于根据所述第五连接排和第二连接排的杂散电感 之和、第五连接排和第四连接排的杂散电感之和、第五连接排和第三连 接排的杂散电感之和、第五连接排和第一连接排的杂散电感之和以及第 五连接排的杂散电感，计算得到各个连接排的杂散电感。

本发明实施例提供的三电平IGBT模块的测试方法、切换电路及装 置，将续流电抗器分别连接于交流输出端和负母排端之间、交流输出端 和正母排端之间以及交流输出端和母排中点端之间，从而构成不同的换 流回路，对相应的IGBT施加脉冲信号，在IGBT开通时，检测换流回 路中器件的电压及换流回路的电流，根据电抗器的电压电流关系式计算得出各个连接排的杂散电感，并测试换流回路的杂散电感以及二极管反 向恢复电压、电流，从而便于根据测试情况推断三电平IGBT模块在各 种工况下的过压水平，为产品设计提供了数据基础和技术支撑，且该测 试方法简便、可靠，有利于实际操作。同时，还提高了测试过程的安全 性。

附图说明

图1为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗 器连接于交流输出端和负母排端之间的电路结构示意图；

图2为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流 回路的实验波形图之一；

图3为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流 回路的实验波形图之二；

图4为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流 回路的实验波形图之三；

图5为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流 回路的实验波形图之四；

图6为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗 器连接于交流输出端和正母排端之间的电路结构示意图；

图7为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗 器连接于交流输出端和母排中点端之间的电路结构示意图；

图8为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第三换流 回路的实验波形图；

图9为本发明实施例二的三电平IGBT模块的测试切换电路的结构 示意图；

图10为本发明实施例三的三电平IGBT模块的测试装置的结构示意 图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例三电平IGBT模块的测试方法、切换 电路及装置进行详细描述。

实施例一

图1为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗 器连接于交流输出端和负母排端之间的电路结构示意图，如图1所示， 三电平IGBT模块包括依次连接的第一IGBT G1、第二IGBT G2、第三 IGBT G3和第四IGBT G4，以及第一直流支撑电容C1、第二直流支撑电 容C2、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管D2，其中，第一IGBT G1 的集电极连接于正母排端DC+，第四IGBT G4的发射极连接于负母排端 DC-，第一直流支撑电容C1和第二直流支撑电容C2的连接端为母排中 点端DC0，第二IGBT G2和第三IGBT G3的连接端为交流输出端AC。 第一直流支撑电容C1的负极连接第二直流支撑电容C2的正极，第一钳 位二极管D1的阴极连接第一IGBT G1的发射极，第一钳位二极管D1 的阳极连接第二钳位二极管D2的阴极，第二钳位二极管D2的阳极连接 第四IGBTG4的集电极，第一钳位二极管D1和第二钳位二极管D2的连 接端连接第一直流支撑电容C1和第二直流支撑电容C2的连接端。

在三电平IGBT模块中，除了正负直流母排外还有多个连接排，第 一IGBT G1的集电极和正母排端DC+之间的连接排为第一连接排，其 杂散电感为L_δ1，第一钳位二极管D1的阴极和第一IGBT G1的发射极 之间的连接排为第二连接排，其杂散电感为L_δ2，第二钳位二极管D2 的阳极和第四IGBT G4的集电极之间的连接排为第三连接排，其杂散电 感为L_δ3，第四IGBT G4的发射极和负母排端DC-之间的连接排为第四 连接排，其杂散电感为L_δ4，第一钳位二极管D1的阳极和母排中点端 DC0之间的连接排为第五连接排，其杂散电感为L_δ5。基于上述三电平 IGBT模块的结构，该测试方法包括：

首先，将续流电抗器L连接于交流输出端AC和负母排端DC-之间， 进行如下处理：

控制第一IGBT G1和第四IGBT G4持续关断，第三IGBT G3持续 开通，第二IGBT G2工作在脉冲信号下，需要说明的是，脉冲信号至少 可包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断 电平信号。

当第二IGBT G2开通时，对由第一钳位二极管D1、第二IGBT G2、 续流电抗器L和第二直流支撑电容C2组成的第一换流回路进行电压及 电流检测，计算得到第五连接排L_δ5和第二连接排L_δ2的杂散电感之和， 以及第五连接排L_δ5和第四连接排L_δ4的杂散电感之和。

具体地，可施加低电平信号给第一IGBT G1和第四IGBT G4使其持 续关断，施加高电平信号给第三IGBT G3使其持续开通，为第二IGBT G2 施加高低两个电平的脉冲信号，当第二IGBT G2工作在高电平的脉冲信 号时，第一换流回路流通。检测正母排端DC+的电压V_DC+、第一钳位二 极管D1的两端电压V_D1、第一IGBT G1的两端电压V_G1以及第一换流回 路的电流I₁，计算第五连接排L_δ5和第二连接排L_δ2的杂散电感之和。 同时还检测负母排端DC-的电压V_DC-、第二钳位二极管D2的两端电压 V_D2、第四IGBT G4的两端电压V_G4，计算第五连接排L_δ5和第四连接排 L_δ4的杂散电感之和。

图2为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流 回路的实验波形图之一，图3为本发明实施例一的三电平IGBT模块的 测试方法中第一换流回路的实验波形图之二，其中，横轴代表时间，纵 轴代表电压。参照图2和图3，可利用如下公式进行计算：

L_δ5+L_δ2＝du₁/di₁/dt，L_δ5+L_δ4＝du₂/di₁/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ2为第二连接排的杂散电 感值，L_δ4为第四连接排的杂散电感值，du₁为正母排端电压V_DC+与第一 钳位二极管D1的两端电压V_D1和第一IGBT G1的两端电压V_G1之和的 电压差，即：du₁＝V_DC+-V_D1-V_G1，du₂为负母排端电压V_DC-与第二钳位二 极管D2的两端电压V_D2和第四IGBT G4的两端电压V_G4之和的电压差， 即：du₂＝V_DC--V_D2-V_G4，di₁/dt为第一换流回路的电流变化率。

其次，将续流电抗器L连接于交流输出端AC和正母排端DC+之间， 图6为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗器L 连接于交流输出端和正母排端之间的电路结构示意图，参照图6，进行 如下处理：

控制第一IGBT G1和第四IGBT G4持续关断，第二IGBT G2持续 开通，第三IGBT G3工作在前述脉冲信号下。

当第三IGBT G3开通时，对由第一直流支撑电容C1、续流电抗器L、 第三IGBT G3和第二钳位二极管D2组成的第二换流回路进行电压及电 流检测，计算得到第五连接排L_δ5和第三连接排L_δ3的杂散电感之和， 以及第五连接排L_δ5和第一连接排L_δ1的杂散电感之和。

同理可知，当第三IGBT G3工作在高电平的脉冲信号时，第二换流 回路流通。检测负母排端DC-的电压V_DC-、第二钳位二极管D2的两端 电压V_D2、第四IGBT G4的两端电压V_G4以及第一换流回路的电流I₂， 计算第五连接排L_δ5和第三连接排L_δ3的杂散电感之和。同时还检测正 母排端DC+的电压V_DC+、第一钳位二极管D1的两端电压V_D1、第一IGBT G1的两端电压V_G1，计算第五连接排L_δ5和第一连接排L_δ1的杂散电感 之和。具体地，可利用如下公式进行计算：

L_δ5+L_δ3＝du₃/di₂/dt，L_δ5+L_δ1＝du₄/di₂/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ3为第三连接排的杂散电 感值，L_δ1为第一连接排的杂散电感值，du₃为负母排端电压V_DC-与第二 钳位二极管D2的两端电压V_D2和第四IGBT G4的两端电压V_G4之和的 电压差，即：du₃＝V_DC--V_D2-V_G4，du₄为正母排端电压V_DC+与第一钳位二 极管D1的两端电压V_D1和第一IGBT G1的两端电压V_G1之和的电压差， 即：du₁＝V_DC+-V_D1-V_G1，di₂/dt为第二换流回路的电流变化率。

再次，将续流电抗器L连接于交流输出端AC和母排中点端DC0之 间，图7为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中续流电抗 器连接于交流输出端和母排中点端之间的电路结构示意图，参照图7， 进行如下处理：

控制第三IGBT G3和第四IGBT G4持续关断，第二IGBT G2持续 开通，第一IGBT G1工作在前述脉冲信号下。当第一IGBT G1开通时， 由第一直流支撑电容C1、第一IGBT G1、第二IGBT G2和续流电抗器L 组成的第三换流回路流通。对第三换流回路进行电压及电流检测，计算 第五连接排L_δ5的杂散电感。

具体地，检测负母排端DC-的电压V_DC-、第二钳位二极管D2的两 端电压V_D2、第四IGBT G4的两端电压V_G4以及第三换流回路的电流I₃， 计算第五连接排L_δ5的杂散电感。图8为本发明实施例一的三电平IGBT 模块的测试方法中第三换流回路的实验波形图，其中，横轴代表时间， 纵轴代表电流。参照图8，可利用如下公式进行计算：

L_δ5＝du₅/di₃/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，du₅为负母排端电压V_DC-与 第二钳位二极管D2的两端电压V_D2和第四IGBT G4的两端电压V_G4之 和的电压差，即：du₅＝V_DC--V_D2-V_G4，di₃/dt为第三换流回路的电流变化率。

最后，将第五连接排L_δ5的杂散电感分别与前述三个步骤中得到的 连接排杂散电感之和做相应的计算，可得到各个连接排的杂散电感。

本发明实施例的三电平IGBT模块的测试方法，将续流电抗器分别 连接于交流输出端和负母排端之间、交流输出端和正母排端之间以及交 流输出端和母排中点端之间，从而构成不同的换流回路，对相应的IGBT 施加脉冲信号，在IGBT开通时，检测换流回路中器件的电压及换流回 路的电流，根据电抗器的电压电流关系式准确地计算得出各个连接排的 杂散电感，以便于根据测试情况推断三电平IGBT模块在各种工况下的 过压情况，同时，该测试方法步骤简单，有利于实际操作，为产品设计 提供了数据基础和技术支撑。

进一步地，为了更准确地计算三电平IGBT模块在各种工况下的过 压情况，测试方法还可以包括：对第二IGBT G2的两端电压和第一换流 回路的电流进行检测，计算得到第一换流回路的杂散电感；对第三IGBT G3的两端电压和第二换流回路的电流进行检测，计算得到第二换流回 路的杂散电感；对第一IGBT的两端电压和第三换流回路的电流进行检测，计算得到第三换流回路的杂散电感。

具体地，下面以测试第一换流回路的杂散电感为例进行说明，图4 为本发明实施例一的三电平IGBT模块的测试方法中第一换流回路的实 验波形图之三，其中，横轴代表时间，纵轴代表电压。参照图4，利用 电抗器的电压电流关系式U＝L*di/dt，可知L＝du/di/dt，通过检测第一换 流回路中第二IGBT G2的两端电压U_G2和电流I₁的变化率，即可计算出第一换流回路的杂散电感。运用同样的方法，也可得到第二换流回路的 杂散电感和第三换流回路的杂散电感。

更进一步地，该测试方法还可以包括：将续流电抗器L连接于交流 输出端AC和母排中点端DC0之间，进行如下处理：控制第一IGBT G1 和第二IGBT G2持续关断，第三IGBTG3持续开通，第四IGBT G4工 作在前述脉冲信号下；当第四IGBT G4开通时，对第四IGBT G4的两 端电压和由第二直流支撑电容C2、续流电抗器L、第三IGBT G3和第 四IGBT G4组成的第四换流回路的电流进行检测，计算得到第四换流回 路的杂散电感。由于第四换流回路的杂散电感的测试方法与前述方法相 同，在此不做累述。

进一步地，为了提供更加充足的数据基础，测试方法还可以包括：

当第二IGBT G2工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对第 四IGBT G4的两端电压和第一换流回路的电流进行检测，计算得到第四 IGBT G4的反并联二极管的反向恢复电流和第四IGBT G4的峰值电压；

当第三IGBT G3工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对第 一IGBT G1的两端电压和第二换流回路的电流进行检测，计算得到第一 IGBT G1的反并联二极管的反向恢复电流和第一IGBT G1的峰值电压；

当第一IGBT G1工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对第 一钳位二极管D1的两端电压和第三换流回路的电流进行检测，计算得 到第一钳位二极管D1的反向恢复电流和第一钳位二极管D1的峰值电 压；

当第四IGBT G4工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对第 二钳位二极管D2的两端电压和第四换流回路的电流进行检测，计算得 到第二钳位二极管D2的反向恢复电流和第二钳位二极管D2的峰值电 压。

具体地，下面以测试第一换流回路中第四IGBT G4的反并联二极管 的反向恢复特性为例进行说明，图5为本发明实施例一的三电平IGBT 模块的测试方法中第一换流回路的实验波形图之四，其中，横轴代表时 间，纵轴代表电流。参照图5，当第二IGBT G2工作在低电平信号时， 形成由续流电抗器L、第四IGBT G4和第三IGBT G3组成的第五换流 回路(图中未示出)，当施加给第二IGBT G2的电平信号由低电平信号 转变成高电平信号时，第五换流回路向第一换流回路换流，通过测量 VG4与I₁可以测量第四IGBT G4的反向恢复电流dI₁与峰值电压dV_G4。

实施例二

图9为本发明实施例二的三电平IGBT模块的测试切换电路的结构 示意图，参照图9，图中虚线框所示为三电平IGBT模块，其包括四个 依次连接的IGBT，两个直流支撑电容和两个钳位二极管，即第一IGBT G1、第二IGBT G2、第三IGBT G3和第四IGBT G4，第一直流支撑电 容C1、第二直流支撑电容C2、第一钳位二极管D1、第二钳位二极管 D2，其中，第一IGBTG1的集电极和正母排端DC+之间的连接排为第 一连接排，其杂散电感为L_δ1，第一钳位二极管D1的阴极和第一IGBT G1的发射极之间的连接排为第二连接排，其杂散电感为L_δ2，第二钳位 二极管D2的阳极和第四IGBT G4的集电极之间的连接排为第三连接排， 其杂散电感为L_δ3，第四IGBT G4的发射极和负母排端DC-之间的连接 排为第四连接排，其杂散电感为L_δ4，第一钳位二极管D1的阳极和母 排中点端DC0之间的连接排为第五连接排，其杂散电感为L_δ5。

该测试切换电路包括：切换开关T2和续流电抗器L。具体地，切 换开关T2具有一个固定端和三个切换端，固定端通过续流电抗器L连 接于三电平IGBT模块的交流输出端AC，三个切换端分别位于负母排 端DC-、正母排端DC+和母排中点端DC0。例如，切换开关T2的闸刀 拨向位于负母排端DC-的切换端，那么就可将续流电抗器L连接于交流 输出端DC-和正母排端DC+之间，同理闸刀拨向另外两个切换端可将续 流电抗器L连接于相应的位置，以实现如实施例一所述的测试方法步骤。

进一步地，测试切换电路还可以包括：第一接触器K1、放电支路 以及急停开关T1，其中：

第一接触器K1，分别与急停开关T1和直流开关电源电连接，用于 在急停开关T1的控制下，为与其连接的直流开关电源通电和断电。

放电支路连接于正母排端DC+和负母排端DC-之间，用于在急停开 关T1的控制下，为第一直流支撑电容C1和第二直流支撑电容C2放电。

急停开关T1，用于控制第一接触器K1和第二接触器K2的断开和 闭合。

更进一步地，放电支路可包括第二接触器K2和放电电阻，其中：

第二接触器K2与放电电阻串联，用于在急停开关T1的控制下接通 和断开放电支路；

放电电阻，用于当放电支路接通时，为第一直流支撑电容C1和第 二直流支撑电容C2放电。

具体地，接触器K1与接触器K2通过急停开关T1控制。正常状态 下，急停开关T1处于弹起状态，其常闭触点T11闭合，线圈K11得电， 接触器K1闭合，直流开关电源得电，其常闭触点T12断开，线圈K21 不得电，接触器K2处于断开状态，放电电阻切出，可以进行相关测试 操作。当有紧急情况发生或者完成测试操作时，按下急停开关T1，常 闭触点T11断开，线圈K11失电，接触器K1断开，直流开关电源失电， 常开触点T12闭合，线圈K21得电，接触器K2吸合，放电电阻接入到 正母排端DC+和负母排端DC-之间，给第一直流支撑电容C1和第二直流支撑电容C2放电，从而保证了测试人员和测试设备的安全。

本发明实施例的三电平IGBT模块的测试切换电路，一方面，通过 切换开关的固定端与三个切换端之间切换连接，以实现续流电抗器分别 连接在于交流输出端和负母排端之间、交流输出端和正母排端之间以及 交流输出端和母排中点端之间，从而构成不同的换流回路，其电路结构 简单、可靠性高，且便于实际操作。另一方面，通过急停开关实现了在测试过程中紧急情况发生时对测试切换电路断电，同时放电支路为两个 直流支撑电容放电，提高了测试过程的安全性。

实施例三

图10为本发明实施例三的三电平IGBT模块的测试装置的结构示意 图，参照图10，该测试装置包括：如实施例二所述的三电平IGBT模块 的测试切换电路，以及开关控制器101、第一控制模块102、第一检测 及计算模块103、第二控制模块104、第二检测及计算模块105、第三控 制模块106、第三检测及计算模块107和计算模块108，其中，

开关控制器101，与切换开关相连接，用于控制切换开关的固定端 与三个切换端之间切换连接；

第一控制模块102，用于在续流电抗器L连接于交流输出端AC和 负母排端DC-之间时，进行如下处理：控制第一IGBT G1和第四IGBT G4 持续关断，第三IGBT G3持续开通，第二IGBT G2工作在脉冲信号下， 脉冲信号可至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动 IGBT关断的关断电平信号；

第一检测及计算模块103，用于当第二IGBT G2开通时，对由第一 钳位二极管D1、第二IGBT G2、续流电抗器L和第二直流支撑电容C2 组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排L_δ5和 第二连接排L_δ2的杂散电感之和，以及第五连接排L_δ5和第四连接排L_δ4的杂散电感之和；

第二控制模块104，用于在续流电抗器L连接于交流输出端AC和 正母排端DC+之间时，进行如下处理：控制第一IGBT G1和第四IGBT G4 持续关断，第二IGBT G2持续开通，第三IGBT G3工作在前述脉冲信号 下；

第二检测及计算模块105，用于当第三IGBT G3开通时，对由第一 直流支撑电容C1、续流电抗器L、第三IGBT G3和第二钳位二极管D2 组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排L_δ5和 第三连接排L_δ3的杂散电感之和，以及第五连接排L_δ5和第一连接排L_δ1的杂散电感之和；

第三控制模块106，用于在续流电抗器L连接于交流输出端AC和 母排中点端DC0之间时，进行如下处理：控制第三IGBT G3和第四IGBT G4持续关断，第二IGBT G2持续开通，第一IGBT G1工作在前述脉冲 信号下；

第三检测及计算模块107，用于当第一IGBT G1开通时，对由第一 直流支撑电容C1、第一IGBT G1、第二IGBT G2和续流电抗器L组成 的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感；

计算模块108，用于根据第五连接排L_δ5和第二连接排L_δ2的杂散电 感之和、第五连接排L_δ5和第四连接排L_δ4的杂散电感之和、第五连接 排L_δ5和第三连接排L_δ3的杂散电感之和、第五连接排L_δ5和第一连接排 L_δ1的杂散电感之和以及第五连接排L_δ5的杂散电感，计算得到各个连接 排的杂散电感。

进一步地，第一检测及计算模块103可通过以下公式执行对由第一 钳位二极管D1、第二IGBT G2、续流电抗器L和第二直流支撑电容C2 组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排L_δ5和 第二连接排L_δ2的杂散电感之和，以及第五连接排L_δ5和第四连接排L_δ4的杂散电感之和的处理：

L_δ5+L_δ2＝du₁/di₁/dt，L_δ5+L_δ4＝du₂/di₁/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ2为第二连接排的杂散电 感值，L_δ4为第四连接排的杂散电感值，du₁为正母排端电压与第一钳位 二极管D1的两端电压和第一IGBTG1的两端电压之和的电压差，du₂为负母排端电压与第二钳位二极管D2的两端电压和第四IGBT G4的两 端电压之和的电压差，di₁/dt为第一换流回路的电流变化率。

进一步地，第二检测及计算模块105可通过以下公式执行对由第一 直流支撑电容C1、续流电抗器L、第三IGBT G3和第二钳位二极管D2 组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排L_δ5和 第三连接排L_δ3的杂散电感之和，以及第五连接排L_δ5和第一连接排L_δ1的杂散电感之和的处理：

L_δ5+L_δ3＝du₃/di₂/dt，L_δ5+L_δ1＝du₄/di₂/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ3为第三连接排的杂散电 感值，L_δ1为第一连接排的杂散电感值，du₃为负母排端电压与第二钳位 二极管D2的两端电压和第四IGBTG4的两端电压之和的电压差，du₄为正母排端电压与第一钳位二极管D1的两端电压和第一IGBT G1的两 端电压之和的电压差，di₂/dt为第二换流回路的电流变化率。

更进一步地，第三检测及计算模块107可通过以下公式执行对由第 一直流支撑电容C1、第一IGBT G1、第二IGBT G2和续流电抗器L组 成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排L_δ5的杂 散电感的处理：

L_δ5＝du₅/di₃/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，du₅为负母排端电压与第二 钳位二极管D2的两端电压和第四IGBT G4的两端电压之和的电压差，di₃/dt为第三换流回路的电流变化率。

本发明实施例的三电平IGBT模块的测试装置，通过开关控制器控 制切换开关的固定端与三个切换端之间切换连接，对相应的IGBT施加 脉冲信号，在IGBT开通时，检测换流回路中器件的电压及换流回路的 电流，根据电抗器的电压电流关系式准确地计算得出各个连接排的杂散 电感，以便于根据测试情况推断三电平IGBT模块在各种工况下的过压情况，为产品设计提供了数据基础和技术支撑。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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 发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种三电平IGBT模块的测试方法，其特征在于，所述三电平IGBT模块包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、第一钳位二极管、第二钳位二极管，其中，第一IGBT和正母排端之间的连接排为第一连接排，第一钳位二极管和第一IGBT之间的连接排为第二连接排，第二钳位二极管和第四IGBT之间的连接排为第三连接排，第四IGBT和负母排端之间的连接排为第四连接排，第一钳位二极管和母排中点端之间的连接排为第五连接排，所述测试方法包括：

将续流电抗器连接于交流输出端和负母排端之间，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第三IGBT持续开通，第二IGBT工作在脉冲信号下，所述脉冲信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号；

当第二IGBT开通时，对由第一钳位二极管、第二IGBT、续流电抗器和第二直流支撑电容组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第二连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第四连接排的杂散电感之和；

将续流电抗器连接于交流输出端和正母排端之间，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第三IGBT工作在所述脉冲信号下；

当第三IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第二钳位二极管组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第三连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第一连接排的杂散电感之和；

将续流电抗器连接于交流输出端和母排中点端之间，进行如下处理：

控制第三IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第一IGBT工作在所述脉冲信号下；

当第一IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、第一IGBT、第二IGBT和续流电抗器组成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感；

根据所述第五连接排和第二连接排的杂散电感之和、第五连接排和第四连接排的杂散电感之和、第五连接排和第三连接排的杂散电感之和、第五连接排和第一连接排的杂散电感之和以及第五连接排的杂散电感，计算得到各个连接排的杂散电感。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述对由第一钳位二极管、第二IGBT、续流电抗器和第二直流支撑电容组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第二连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第四连接排的杂散电感之和的处理利用下式实现：

L_δ5+L_δ2＝du₁/di₁/dt，L_δ5+L_δ4＝du₂/di₁/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ2为第二连接排的杂散电感值，L_δ4为第四连接排的杂散电感值，du₁为所述正母排端电压与第一钳位二极管的两端电压和第一IGBT的两端电压之和的电压差，du₂为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，di₁/dt为所述第一换流回路的电流变化率。

3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述对由第一直流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第二钳位二极管组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第三连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第一连接排的杂散电感之和的处理利用下式实现：

L_δ5+L_δ3＝du₃/di₂/dt，L_δ5+L_δ1＝du₄/di₂/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ3为第三连接排的杂散电感值，L_δ1为第一连接排的杂散电感值，du₃为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，du₄为所述正母排端电压与第一钳位二极管的两端电压和第一IGBT的两端电压之和的电压差，di₂/dt为所述第二换流回路的电流变化率。

4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述对由第一直流支撑电容、第一IGBT、第二IGBT和续流电抗器组成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感的处理利用下式实现：

L_δ5＝du₅/di₃/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，du₅为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，di₃/dt为所述第三换流回路的电流变化率。

5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

对第二IGBT的两端电压和所述第一换流回路的电流进行检测，计算得到所述第一换流回路的杂散电感；

对第三IGBT的两端电压和所述第二换流回路的电流进行检测，计算得到所述第二换流回路的杂散电感；

对第一IGBT的两端电压和所述第三换流回路的电流进行检测，计算得到所述第三换流回路的杂散电感。

6.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

将续流电抗器连接于交流输出端和母排中点端之间，进行如下处理：

控制第一IGBT和第二IGBT持续关断，第三IGBT持续开通，第四IGBT工作在所述脉冲信号下；

当第四IGBT开通时，对第四IGBT的两端电压和由第二直流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第四IGBT组成的第四换流回路的电流进行检测，计算得到所述第四换流回路的杂散电感。

7.根据权利要求6所述的测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：

当所述第二IGBT工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对所述第四IGBT的两端电压和所述第一换流回路的电流进行检测，计算得到所述第四IGBT的反并联二极管的反向恢复电流和所述第四IGBT的峰值电压；

当所述第三IGBT工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对所述第一IGBT的两端电压和所述第二换流回路的电流进行检测，计算得到所述第一IGBT的反并联二极管的反向恢复电流和所述第一IGBT的峰值电压；

当所述第一IGBT工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对所述第一钳位二极管的两端电压和所述第三换流回路的电流进行检测，计算得到所述第一钳位二极管的反向恢复电流和所述第一钳位二极管的峰值电压；

当所述第四IGBT工作在关断电平信号向开通电平信号转变时，对所述第二钳位二极管的两端电压和所述第四换流回路的电流进行检测，计算得到所述第二钳位二极管的反向恢复电流和所述第二钳位二极管的峰值电压。

8.一种三电平IGBT模块的测试切换电路，其特征在于，所述三电平IGBT模块包括第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT，第一直流支撑电容、第二直流支撑电容、第一钳位二极管、第二钳位二极管，其中，第一IGBT和正母排端之间的连接排为第一连接排，第一钳位二极管和第一IGBT之间的连接排为第二连接排，第二钳位二极管和第四IGBT之间的连接排为第三连接排，第四IGBT和负母排端之间的连接排为第四连接排，第一钳位二极管和母排中点端之间的连接排为第五连接排，所述测试切换电路包括：切换开关和续流电抗器，其中，

所述切换开关具有一个固定端和三个切换端，所述固定端通过所述续流电抗器连接于交流输出端，所述三个切换端分别位于负母排端、正母排端和母排中点端。

9.根据权利要求8所述的测试切换电路，其特征在于，所述测试切换电路还包括：第一接触器、放电支路以及急停开关，

所述第一接触器，分别与所述急停开关和直流开关电源电连接，用于在所述急停开关的控制下，为与其连接的直流开关电源通电和断电；

所述放电支路，连接于所述正母排端和所述负母排端之间，用于在所述急停开关的控制下，为所述第一直流支撑电容和所述第二直流支撑电容放电；

所述急停开关，用于控制所述第一接触器和第二接触器的断开和闭合。

10.根据权利要求9所述的测试切换电路，其特征在于，所述放电支路包括第二接触器和放电电阻：

所述第二接触器，与所述放电电阻串联，用于在所述急停开关的控制下接通和断开所述放电支路；

所述放电电阻，用于当所述放电支路接通时，为所述第一直流支撑电容和所述第二直流支撑电容放电。

11.一种三电平IGBT模块的测试装置，其特征在于，所述测试装置包括：如权利要求8-10任一项所述的三电平IGBT模块的测试切换电路，以及开关控制器、第一控制模块、第一检测及计算模块、第二控制模块、第二检测及计算模块、第三控制模块、第三检测及计算模块和计算模块，其中，

所述开关控制器，与所述切换开关相连接，用于控制所述切换开关的所述固定端与三个切换端之间切换连接；

所述第一控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和负母排端之间时，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第三IGBT持续开通，第二IGBT工作在脉冲信号下，所述脉冲信号至少包括用于驱动IGBT开通的开通电平信号和用于驱动IGBT关断的关断电平信号；

所述第一检测及计算模块，用于当第二IGBT开通时，对由第一钳位二极管、第二IGBT、续流电抗器和第二直流支撑电容组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第二连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第四连接排的杂散电感之和；

所述第二控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和正母排端之间时，进行如下处理：

控制第一IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第三IGBT工作在所述脉冲信号下；

所述第二检测及计算模块，用于当第三IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第二钳位二极管组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第三连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第一连接排的杂散电感之和；

所述第三控制模块，用于在续流电抗器连接于交流输出端和母排中点端之间时，进行如下处理：

控制第三IGBT和第四IGBT持续关断，第二IGBT持续开通，第一IGBT工作在所述脉冲信号下；

所述第三检测及计算模块，用于当第一IGBT开通时，对由第一直流支撑电容、第一IGBT、第二IGBT和续流电抗器组成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感；

所述计算模块，用于根据所述第五连接排和第二连接排的杂散电感之和、第五连接排和第四连接排的杂散电感之和、第五连接排和第三连接排的杂散电感之和、第五连接排和第一连接排的杂散电感之和以及第五连接排的杂散电感，计算得到各个连接排的杂散电感。

12.根据权利要求11所述的测试装置，其特征在于，所述第一检测及计算模块通过以下公式执行所述对由第一钳位二极管、第二IGBT、续流电抗器和第二直流支撑电容组成的第一换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第二连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第四连接排的杂散电感之和的处理：

L_δ5+L_δ2＝du₁/di₁/dt，L_δ5+L_δ4＝du₂/di₁/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ2为第二连接排的杂散电感值，L_δ4为第四连接排的杂散电感值，du₁为所述正母排端电压与第一钳位二极管的两端电压和第一IGBT的两端电压之和的电压差，du₂为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，di₁/dt为所述第一换流回路的电流变化率。

13.根据权利要求11所述的测试装置，其特征在于，所述第二检测及计算模块通过以下公式执行所述对由第一直流支撑电容、续流电抗器、第三IGBT和第二钳位二极管组成的第二换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排和第三连接排的杂散电感之和，以及第五连接排和第一连接排的杂散电感之和的处理：

L_δ5+L_δ3＝du₃/di₂/dt，L_δ5+L_δ1＝du₄/di₂/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，L_δ3为第三连接排的杂散电感值，L_δ1为第一连接排的杂散电感值，du₃为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，du₄为所述正母排端电压与第一钳位二极管的两端电压和第一IGBT的两端电压之和的电压差，di₂/dt为所述第二换流回路的电流变化率。

14.根据权利要求11所述的测试装置，其特征在于，所述第三检测及计算模块通过以下公式执行所述对由第一直流支撑电容、第一IGBT、第二IGBT和续流电抗器组成的第三换流回路进行电压及电流检测，计算得到第五连接排的杂散电感的处理：

L_δ5＝du₅/di₃/dt，

其中，L_δ5为第五连接排的杂散电感值，du₅为所述负母排端电压与第二钳位二极管的两端电压和第四IGBT的两端电压之和的电压差，di₃/dt为所述第三换流回路的电流变化率。