CN105974234A - T型三电平变流器功率模块双脉冲测试回路及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了T型三电平变流器功率模块双脉冲测试回路及测试方法，包括：T型三电平变流器功率模块；直流源两端并联有泄放电阻和母线电容；母线电容由两个串联的直流支撑电容组成，两个串联的直流支撑电容的连接处连接两个方向不同的IGBT管一端；第一直流支撑电容与第一直流支撑电容两端分别并联第一吸收电容与第二吸收电容；直流源的正极端设置直流源开关，泄放电阻的正极端设置放电支路开关。空心电感接在第一IGBT管或第四IGBT管两端。该测试方法可对功率模块的各种换流工况、器件开关时间、吸收电路过电压吸收效果以及驱动短路保护进行测试，为T型三电平变流器研制提供了一种有效的测试方法。

Description

T型三电平变流器功率模块双脉冲测试回路及测试方法

【技术领域】

本发明属于新能源发电技术领域，涉及T型三电平变流器功率模块双脉冲测试回路及测试方法。

【背景技术】

随着能源危机和环境污染问题日益严重，包括光伏发电在内的新能源利用越来越受到人们重视。双向交流/直流变换器是新能源领域重要的拓扑结构，而相对于传统的两电平变换器，NPC三电平拓扑具有损耗低，效率高等优点，T型三电平拓扑较传统NPC三电平拓扑具有器件少、损耗分布均衡等优点。双脉冲测试是对开关器件的开关特性、驱动保护性能及过压吸收性能进行检测的重要试验环节，但传统的两电平双脉冲测试方法不能直接应用于T型三电平变流器功率模块，寻求适用于T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试方法具有一定的实际意义。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种T型三电平变流器功率模块双脉冲测试回路及测试方法，该测试方法可对功率模块的各种换流工况、器件开关时间、吸收电路过电压吸收效果以及驱动短路保护进行测试，为T型三电平变流器研制提供了一种有效的测试方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路，包括：T型三电平变流器功率模块、可调直流源和空心电感，所述的T型三电平变流器功率模块包括两个串联的IGBT管，两个IGBT管的中点串联两个方向不同的IGBT管，每个IGBT管均反并联一个二极管；所述的可调直流源两端并联有泄放电阻和母线电容；母线电容由两个串联的直流支撑电容组成，两个串联的直流支撑电容的连接处连接两个方向不同的IGBT管一端；第一直流支撑电容与第一直流支撑电容两端分别并联第一吸收电容与第二吸收电容；可调直流源的正极端设置直流源开关，泄放电阻的正极端设置放电支路开关；所述的空心电感接在第一IGBT管或第四IGBT管两端。

作为本发明的进一步改进，当第一IGBT管进行测试时，对第一IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第四IGBT管两端；

当第二IGBT管进行测试时，对第二IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第四IGBT管两端；

当第三IGBT管进行测试时，对第三IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第一IGBT管两端；

当第四IGBT管进行测试时，对第四IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第一IGBT管两端。

作为本发明的进一步改进，所需空心电感的电感量由以下公式得到：

$L=\frac{U\·t}{I}$

其中，U为IGBT管导通时施加在空心电感两端电压，I为测试中流过空心电感最大电流，t为IGBT管导通时间。

一种基于T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路的测试方法，包括以下试验步骤：

1)断开放电支路开关，闭合直流源开关，调节可调直流源输出，使其对母线电容充电至全母线电压U_DC；

2)断开直流源开关，并对待测试的IGBT管施加双脉冲，并测量对应IGBT管的电压Vce、Vge和电流Ic波形；

3)闭合放电支路开关，泄放母线电容电压。

当第一IGBT管进行测试时，空心电感接在第四IGBT管两端；对第一IGBT管施加双脉冲，第二IGBT管、第三IGBT管及第四IGBT管关断；第一IGBT管导通时，全母线电压U_DC经第一IGBT管向空心电感充电，第四IGBT管承受全母线电压U_DC；第一IGBT管关断时，空心电感经第四IGBT管的二极管续流；

当第二IGBT管进行测试时，对第二IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第四IGBT管两端；对第三IGBT管施加双脉冲，第一IGBT管、第三IGBT管及第四IGBT管关断；第二IGBT管导通时，下半母线电压U₂经第二IGBT管向空心电感充电；第二IGBT管关断时，空心电感经第四IGBT管的二极管续流；

当第三IGBT管进行测试时，对第三IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第一IGBT管两端；对第三IGBT管施加双脉冲，第一IGBT管、第二IGBT管及第四IGBT管关断；第三IGBT管导通时，上半母线电压U₁经第三IGBT管向空心电感充电；第三IGBT管关断时，空心电感经第一IGBT管的二极管续流；

当第四IGBT管进行测试时，对第四IGBT管施加双脉冲，空心电感接在第一IGBT管两端，对第四IGBT管施加双脉冲，第一IGBT管、第二IGBT管及第三IGBT管关断；第四IGBT管导通时，全母线电压U_DC经第四IGBT管向空心电感充电，第一IGBT管承受全母线电压；第四IGBT管关断时，空心电感经第一IGBT管的二极管续流。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明测试回路，对变流器功率模块进行测试时，只需要外接直流源与其投切开关，泄放电阻与其放电支路开关，空心电感及双脉冲源，通过外接少量器件即可对T型三电平功率模块开关器件的开关特性、驱动保护性能及过压吸收性能进行检测。测试工况与实际运行工况相近，内管与外管分开进行测试。两个外管测试中脉冲开通时另一外管反并联二极管承受全母线电压反向恢复。

本发明测试方法是基于传统两电平拓扑变流器双脉冲测试方法，对三电平功率模块的内、外管分别进行测试。该测试可对功率模块的各种换流工况、器件开关时间、吸收电路过电压吸收效果以及驱动短路保护进行测试，为T型三电平变流器研制提供了一种有效的测试方法。

【附图说明】

图1为本发明的测试接线图；

图2为T1开关管双脉冲测试原理图；

图3为T2开关管双脉冲测试原理图；

图4为T3开关管双脉冲测试原理图；

图5为T4开关管双脉冲测试原理图。

【具体实施方式】

为更进一步阐述本发明所采用的技术方案，以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细的说明。该实施方式仅适用于说明和解释本发明，并不构成对发明保护范围的限定。

如附图1所示，本发明一种T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路包括：直流源DC、空气开关SW₁、直流支撑电容(C₁、C₂)、吸收电容(Cs₁、Cs₂)、空心电感L、双脉冲源及母线电压泄放支路元件(SW₂、Rd)。

测试回路具体包括：T型三电平变流器功率模块和直流源DC，所述的T型三电平变流器功率模块包括两个串联的IGBT管T₁、T₄，两个IGBT管的中点串联两个方向不同的IGBT管T₂、T₃，每个IGBT管(T₁、T₂、T₃、T₄)均反并联一个二极管(D₁、D₂、D₃、D₄)；所述的直流源DC两端并联有泄放电阻Rd和两个串联的直流支撑电容C₁、C₂，两个串联的直流支撑电容C₁、C₂的连接处连接两个方向不同的IGBT管T₂、T₃一端；第一直流支撑电容C₁与第一直流支撑电容C₂两端分别并联第一吸收电容Cs₁与第二吸收电容Cs₂；直流源DC的正极端设置有直流源开关SW₁，泄放电阻Rd的正极端设置有放电支路开关SW₂。

T型三电平IGBT换流过程包括(记T₁、T₂、T₃、T₄开关管导通为1，关断为0)：

1100—0100，0100-0110，0110-0010，0010-0011，0011-0010，0010-0110，0110-0100。

IGBT中T₁开关管在1100—0100(电流向外流动)关断时会有电压尖峰；T₂开关管在0110—0010(电流向外流动)关断时会有电压尖峰；T₃开关管在0110-0100(电流向内流动)关断时会有电压尖峰；T₄开关管在0011-0010(电流向内流动)时会有电压尖峰。二极管中D₃在0100-1100换流时(电流朝外)反向恢复；二极管D₄在0010-0110时(电流朝外)反向恢复；D₁在0100-0110换流时(电流朝内)反向恢复；二极管D₂在0010-0011时(电流朝内)反向恢复。

如附图2所示，对T₁开关管进行测试时，空心电感L接在T₄管两端，对T₁开关管施加双脉冲，T₂～T₄开关管关断。_T1开关管导通时，全母线电压经T₁管向L充电，T₄承受全母线电压；T₁开关管关断时，空心电感L经D₄续流。

如附图3所示，对T₂开关管进行测试时，空心电感L接在T₄管两端，对T₂开关管施加双脉冲，T₁、T₃、T₄开关管关断。T₂开关管导通时，下半母线电压经T₂管向L充电；T₂开关管关断时，空心电感L经D₄续流。

如附图4所示，对T₃开关管进行测试时，空心电感L接在T₁管两端，对T₃开关管施加双脉冲，T₁、T₂、T₄开关管关断。T₃开关管导通时，上半母线电压经T₃管向L充电；T3开关管关断时，空心电感L经D₁续流。

如附图5所示，对T₄开关管进行测试时，空心电感L接在T₁管两端，对T₄开关管施加双脉冲，T₁～T₃开关管关断。T₄开关管导通时，全母线电压经T₄管向L充电，T₁管承受全母线电压；T₄开关管关断时，空心电感L经D₁续流。

本发明提一种适用于T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试方法。对变流器功率模块进行测试时，需外接直流源DC与其控制开关，泄放电阻Rd与其放电支路开关SW₂，空心电感L及双脉冲源。

详细操作步骤如下：

(1)断开放电支路开关SW₂，闭合直流源开关SW₁，调节可调直流源DC输出，使其对母线电容充电至U_DC；

(2)断开SW₁，并对测试的开关管施加双脉冲，并测量Vce，Vge和Ic波形；

(3)闭合SW₂，泄放母线电压。

所需空心电感量计算方法如下：

$L=\frac{U\·t}{I}$

其中，U为开关管导通时施加在电感两端电压，I为测试中流过电感最大电流(由实际使用工况决定)，t为开关管导通时间长度。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施实例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (5)

1.一种T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路，其特征在于，包括：T型三电平变流器功率模块、可调直流源(DC)和空心电感(L)，所述的T型三电平变流器功率模块包括两个串联的IGBT管(T₁、T₄)，两个IGBT管的中点串联两个方向不同的IGBT管(T₂、T₃)；所述的可调直流源(DC)两端并联有泄放电阻(Rd)和母线电容；母线电容由两个串联的直流支撑电容(C₁、C₂)组成，两个串联的直流支撑电容(C₁、C₂)的连接处连接两个方向不同的IGBT管(T₂、T₃)一端；第一直流支撑电容(C₁)与第一直流支撑电容(C₂)两端分别并联第一吸收电容(Cs₁)与第二吸收电容(Cs₂)；可调直流源(DC)的正极端设置直流源开关(SW₁)，泄放电阻(Rd)的正极端设置放电支路开关(SW₂)；所述的空心电感(L)接在第一IGBT管(T₁)或第四IGBT管(T₄)两端。

2.根据权利要求1所述的T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路，其特征在于，

当第一IGBT管(T₁)进行测试时，对第一IGBT管(T₁)施加双脉冲，空心电感(L)接在第四IGBT管(T₄)两端；

当第二IGBT管(T₂)进行测试时，对第二IGBT管(T₂)施加双脉冲，空心电感(L)接在第四IGBT管(T₄)两端；

当第三IGBT管(T₃)进行测试时，对第三IGBT管(T₃)施加双脉冲，空心电感(L)接在第一IGBT管(T₁)两端；

当第四IGBT管(T₄)进行测试时，对第四IGBT管(T₄)施加双脉冲，空心电感(L)接在第一IGBT管(T₁)两端。

3.根据权利要求1所述的T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路，其特征在于，所需空心电感(L)的电感量由以下公式得到：

$L=\frac{U\·t}{I}$

其中，U为IGBT管导通时施加在空心电感(L)两端电压，I为测试中流过空心电感(L)最大电流，t为IGBT管导通时间。

4.一种基于权利要求1所述的T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路的测试方法，其特征在于，包括以下试验步骤：

1)断开放电支路开关(SW₂)，闭合直流源开关(SW₁)，调节可调直流源(DC)输出，使其对母线电容充电至全母线电压U_DC；

2)断开直流源开关(SW₁)，并对待测试的IGBT管施加双脉冲，并测量对应IGBT管的电压Vce、Vge和电流Ic波形；

3)闭合放电支路开关(SW₂)，泄放母线电容电压。

5.根据权利要求4所述的T型三电平变流器功率模块的双脉冲测试回路的测试方法，其特征在于，

当第一IGBT管(T₁)进行测试时，空心电感(L)接在第四IGBT管(T₄)两端；对第一IGBT管(T₁)施加双脉冲，第二IGBT管(T₂)、第三IGBT管(T₃)及第四IGBT管(T₄)关断；第一IGBT管(T₁)导通时，全母线电压U_DC经第一IGBT管(T₁)向空心电感(L)充电，第四IGBT管(T₄)承受全母线电压U_DC；第一IGBT管(T₁)关断时，空心电感(L)经第四IGBT管(T₄)的二极管(D₄)续流；

当第二IGBT管(T₂)进行测试时，对第二IGBT管(T₂)施加双脉冲，空心电感(L)接在第四IGBT管(T₄)两端；对第三IGBT管(T₃)施加双脉冲，第一IGBT管(T₁)、第三IGBT管(T₃)及第四IGBT管(T₄)关断；第二IGBT管(T₂)导通时，下半母线电压U₂经第二IGBT管(T₂)向空心电感(L)充电；第二IGBT管(T₂)关断时，空心电感(L)经第四IGBT管(T₄)的二极管(D₄)续流；

当第三IGBT管(T₃)进行测试时，对第三IGBT管(T₃)施加双脉冲，空心电感(L)接在第一IGBT管(T₁)两端；对第三IGBT管(T₃)施加双脉冲，第一IGBT管(T₁)、第二IGBT管(T₂)及第四IGBT管(T₄)关断；第三IGBT管(T₃)导通时，上半母线电压U₁经第三IGBT管(T₃)向空心电感(L)充电；第三IGBT管(T₃)关断时，空心电感(L)经第一IGBT管(T₁)的二极管(D₁)续流；

当第四IGBT管(T₄)进行测试时，对第四IGBT管(T₄)施加双脉冲，空心电感(L)接在第一IGBT管(T₁)两端，对第四IGBT管(T₄)施加双脉冲，第一IGBT管(T₁)、第二IGBT管(T₂)及第三IGBT管(T₃)关断；第四IGBT管(T₄)导通时，全母线电压U_DC经第四IGBT管(T₄)向空心电感(L)充电，第一IGBT管(T₁)承受全母线电压；第四IGBT管(T₄)关断时，空心电感(L)经第一IGBT管(T₁)的二极管(D₁)续流。