CN108387783A

CN108387783A - 一种基于igbt器件开通的电感提取方法及装置

Info

Publication number: CN108387783A
Application number: CN201711432966.2A
Authority: CN
Inventors: 唐新灵; 李现兵; 张朋; 武伟; 林仲康; 韩荣刚; 石浩; 张喆; 田丽纷; 张璧君; 王亮
Original assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Zhejiang Electric Power Co Ltd; Global Energy Interconnection Research Institute
Priority date: 2017-12-26
Filing date: 2017-12-26
Publication date: 2018-08-10
Anticipated expiration: 2037-12-26
Also published as: CN108387783B

Abstract

本发明公开一种基于IGBT器件开通的电感提取方法及装置，其中方法包括：获取待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值；根据测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，四个不同的设定参数分别代表待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值；计算四个电压关系式得到待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的总电感值。本发明通过获取待测IGBT器件在开通瞬态下其集电极多个不同开通电流值和发射极与集电极之间的多个不同开通电压值使得提取闭合回路的总电感值更加精确。

Description

一种基于IGBT器件开通的电感提取方法及装置

技术领域

本发明涉及电力电子器件测试技术领域，具体涉及一种基于IGBT器件开通的电感提取方法及装置。

背景技术

在柔性直流输电的电网中，IGBT器件通常运行在高频开关状态下，较高的di/dt和直流母线的寄生电感共同作用，将导致IGBT器件瞬态开通或关断时产生严重的极间电压尖峰，甚至超过IGBT器件的电压耐受值，将增强了IGBT器件的电应力、开关损耗以及电磁干扰，同时，直流输电系统中杂散参数的存在还可能导致主电路等效拓扑与参数的变化，进而致使系统阻抗特性出现偏移，导致大量高频谐波注入引起的电压与电流波形畸变，恶化电能质量。所以杂散参数对IGBT器件的开关特性存在一定影响，为保证IGBT器件安全可靠工作，研究基于IGBT器件的杂散参数提取具有重要意义。

目前传统的基于IGBT器件开通的电感提取方法主要采用IGBT器件开通瞬态波形计算得到换流回路中的杂散电感，即通过公式计算的得到，并且在获取换流回路中总电压时通常采集换流回路中测试器件的单个数据点，又直接忽略掉换流回路中的电阻对杂散电感的影响，所以很难准确获取换流回路中杂散电感，导致计算出的换流回路中的杂散电感存在很大的误差。

发明内容

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术中的基于IGBT器件开通的电感提取方法主要采用IGBT器件开通瞬态波形单个数据点，导致计算出的换流回路中的杂散电感存在很大的误差。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明实施例提供一种基于IGBT器件开通的电感提取方法，包括如下步骤：

获取待测IGBT器件所在闭合回路的测试参数，所述测试参数至少包括所述待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、所述待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值；

根据所述测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，所述四个不同的设定参数分别代表所述待测IGBT器件在所述开通瞬态下所述闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值；

根据所述负载电流值、所述四个不同开通电流值、所述四个不同开通电压值，计算所述四个电压关系式得到所述待测IGBT器件在所述开通瞬态下所述闭合回路中的总电感值。

可选地，所述测试参数还包括在所述闭合回路中与所述四个不同开通电流值分别对应的四个不同续流二极管导通电压值。

可选地，所述根据所述测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，所述四个不同的设定参数分别代表所述闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值的步骤包括；

根据所述闭合回路的总电压计算关系式和所述负载电流值的特征，得到所述四个电压关系式；

根据所述测试参数，计算所述四个电压关系式得到所述总电感值。

可选地，所述闭合回路的总电压计算关系式的和为零。

可选地，所述负载电流值的特征为所述待测IGBT器件在开通瞬态下存在如下关系：

i_load＝i_c+i_d

其中所述i_Load为所述负载电流值，所述i_c为所述待测IGBT器件的集电极开通电流值，所述i_d为续流支路电流值，所述为所述负载电流值的电流变化率。

可选地，所述四个电压关系式中的每个电压关系式存在如下关系：

其中所述i_Load为所述负载电流值，α代表所述续流支路电阻值，所述i_c为所述待测IGBT器件的集电极开通电流值，所述β代表所述总电阻值，所述为所述待测IGBT器件的集电极开通电流值的电流变化率，γ代表所述总电感值，ε代表所述电源电压值，U_d为所述续流二极管导通电压值，所述u_ce为所述待测IGBT器件的发射极与集电极之间的开通电压值。

本发明实施例提供一种基于IGBT器件开通的电感提取装置，包括：

获取模块，用于获取待测IGBT器件所在闭合回路的测试参数，所述测试参数至少包括所述待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、所述待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值；

建立模块，用于根据所述测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，所述四个不同的设定参数分别代表所述待测IGBT器件在所述开通瞬态下所述闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值；

计算模块，用于根据所述负载电流值、所述四个不同开通电流值、所述四个不同开通电压值，计算所述四个电压关系式得到所述IGBT器件在所述开通瞬态下所述闭合回路中的总电感值。

可选地，所述建立模块包括：

建立子模块，用于根据所述闭合回路的总电压计算关系式和所述负载电流值的特征，得到所述四个电压关系式；

计算子模块，用于根据所述测试参数，计算所述四个电压关系式得到所述总电感值。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现所述的基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。

本发明实施例提供一种基于IGBT器件开通的电感提取设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现权所述的基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种基于IGBT器件开通的电感提取方法及装置，其中方法包括：获取待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值；根据测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，四个不同的设定参数分别代表待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值；计算四个电压关系式得到待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的总电感值。本发明通过获取待测IGBT器件在开通瞬态下其集电极多个不同开通电流值和发射极与集电极之间的多个不同开通电压值使得提取闭合回路的总电感值更加精确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中与IGBT器件形成闭合回路的电路原理图；

图2为本发明实施例1中与IGBT器件形成闭合回路的电路原理图的等效电路图；

图3为本发明实施例1中基于IGBT器件开通的电感提取方法的流程图；

图4为本发明实施例1中基于IGBT器件开通的电感提取方法的波形图；

图5为本发明实施例2中基于IGBT器件开通的电感提取装置的结构框图；

图6为本发明实施例4中IGBT器件开通的电感提取设备的硬件示意框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本发明实施例提供一种基于IGBT器件开通的电感提取方法，用于如图1所示的闭合回路中，此处的闭合回路包括第一闭合回路和第二闭合回路，第一闭合回路为由电源u_dc、续流二极管Diode和待测IGBT器件DUT依次串联连接，第二闭合回路由电源u_dc、负载Load和与待测IGBT器件DUT连接。图1的待测IGBT器件所在闭合回路的电路原理图的等效电路图如图2所示，其包含了所述闭合回路中的杂散电感和杂散电阻。此处的IGBT器件为绝缘栅双极型晶体管，分别包括集电极C、栅极G和发射极E，IGBT器件开通时需要在待测IGBT器件的栅极G和发射极E提供正电压，使得IGBT器件开通；IGBT器件关断时需要在待测IGBT器件的栅极G和发射极E提供可靠的负压使得IGBT器件可靠关断。IGBT器件在高频电网中应用较为广泛，一般作为开关器件使用。本实施例中的基于IGBT器件开通的电感提取方法，如图3所示，包括如下步骤：

S31、获取待测IGBT器件所在闭合回路的测试参数，测试参数至少包括待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值。此处的测试参数是待测IGBT器件在开通瞬态下，在图2中的主要测试参数为负载电流值i_Load、待测IGBT器件的集电极的四个不同开通电流值i_c1、i_c2、i_c3、i_c4，待测IGBT器件的发射极与集电极之间的四个不同开通电压值u_ce1、u_ce2、u_ce3、u_ce4，当然此处的测试参数还包括闭合回路中的其它测试参数，还可以包括在闭合回路中与四个不同开通电流值i_c1、i_c2、i_c3、i_c4分别对应的四个不同续流二极管导通电压值U_d1、U_d2、U_d3、U_d4，在图2中，闭合回路中续流支路电流值id也是可以通过测量获取。获取至少四个不同开通电流值和不同电压值为了使得待测IGBT器件的测量结果更加精确，因为多个测试参数提取闭合回路中电感值比单个测试参数更加准确。

S32、根据测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，四个不同的设定参数分别代表待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值。根据测试参数：负载电流值i_Load、待测IGBT器件的集电极的四个不同开通电流值i_c1、i_c2、i_c3、i_c4、待测IGBT器件的发射极与集电极之间的四个不同开通电压值u_ce1、u_ce2、u_ce3、u_ce4、四个不同续流二极管导通电压值U_d1、U_d2、U_d3、U_d4。当闭合回路中不存在续流二极管时，四个电压关系式也可以成立。此处的四个电压关系式分别包含了i_Load、i_c1、i_c2、i_c3、i_c4、u_ce1、u_ce2、u_ce3、u_ce4和U_d1、U_d2、U_d3、U_d4，其中四个不同的设定参数分别为α、β、γ、ε，其分别代表续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值。通过公式

得到如下四个电压关系式：

第一电压关系式：

第二电压关系式：

第三电压关系式：

第四电压关系式：

其中的为待测IGBT器件的集电极开通电流值的变化率，通过建立四个电压关系式的目的是为了求解设定四个不同的设定未知参数α、β、γ、ε，其中γ为所求的闭合回路中总电感值。

作为其他可替换的实施方式，测试参数至少可以包括待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值i_Load、待测IGBT器件的集电极的五个不同开通电流值i_c1、i_c2、i_c3、i_c4、i_c5和发射极与集电极之间的五个不同开通电压值u_ce1、u_ce2、u_ce3、u_ce4、u_ce5，此时需要建立五个电压关系式，也都分别包含四个设定参数α、β、γ、ε，四个未知参数四个电压关系式求解即可，建立多个电压关系式，虽然使得计算更加精确，但是会增加计算量。

S33、根据负载电流值、四个不同开通电流值、四个不同开通电压值，计算四个电压关系式得到待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的总电感值。

具体地，上述步骤S33，包括：

第一步，根据闭合回路的总电压计算关系式和负载电流值的特征，得到四个电压关系式。

上述闭合回路的总电压计算关系式为：

上述公式根据基尔霍夫电压定律，在图2中闭合回路的电压和为零，其中u_dc为直流母线电压值即为电源电压值，L₁、L₂、L₃为线路寄生电感，L_d为续流二极管内部寄生电感值，Lc为直流母线电容寄生电感，Le为待测IGBT器件内部寄生电感值，r₁、r₂、r₃为线路电阻值，rd为续流二极管内部寄生电阻值，rc为直流母线电容寄生电阻值，re为待测IGBT器件内部寄生电阻值，U_bi为续流二极管导通电压值，Uce为待测IGBT器件的集电极与发射极之间的电压值，i_d为流过续流二极管的电流值，为流过续流二极管的电流值的电流变化率，即为续流支路电流值的电流变化率，ic为待测IGBT器件集电极电流值，为待测IGBT器件集电极电流值的电流变化率。

具体地，上述负载电流值的特征为在待测IGBT器件在开通瞬态下存在如下关系：

i_load＝i_c+i_d (2)

其中i_Load为负载电流值，i_c为待测IGBT器件的集电极开通电流值，i_d为续流支路电流值，为负载电流值的电流变化率。上述公式(2)通过基尔霍夫电流定律，在电路中任一个节点上，在任一时刻，流入节点的电流之和等于流出节点的电流之和。

将公式(2)、(3)代入公式(1)得到如下公式：

将公式(4)进行整理后，可以得到如下公式：

上述公式(5)中未知的回路参数有三项，作如下定义：

α＝r₁+r₂

β＝r₁+r₂+r₃+r_c+r_e

γ＝l₁+l₂+l₃+l_c+l_d+l_e (6)

所以将公式(6)代入公式(5)，可以得到：

在公式(7)中，有三个未知数与回路杂散电阻和杂散电感有关。同时，还需要考虑到此处直流母线电容的电压u_dc，，即为电源电压，并非电容端子的电压。如果是空载，没有电流，u_dc可以表示电容电压,但如果闭合回路有瞬态电流，电容有内电阻、电感，那么电容两端的电压可以理解为一个电压源加上电阻、电容串联，同时流过瞬态电流。在公式(7)中u_dc而是不包括直流母线电容杂散电阻和杂散电感电压降的电容电压。因此，u_dc也应该当做未知数来处理。

ε＝u_dc (8)

从而，公式(7)可以整理为：

进而根据公式(9)得到四个电压关系式：

第一电压关系式：

第二电压关系式：

第三电压关系式：

第四电压关系式：

第二步，根据测试参数，计算四个电压关系式得到总电感值。对四个电压关系式的未知参数α、β、γ、ε进行求解得到闭合回路的总电感值。其中α为闭合回路的续流支路电阻值，β为闭合回路的总电阻值，γ为闭合回路的总电感值，ε为闭合回路的电源电压值。

本发明通过待测IGBT器件在开通瞬态下，如图4所示，同时获取待测IGBT器件其集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值，通过获取待测IGBT器件的多个测试参数从而使得提取闭合回路总电感更加准确，从而提高了待测IGBT器件动态参数的可靠性。

实施例2

本发明实施例提供一种基于IGBT器件开通的电感提取装置，如图5所示，包括：

获取模块51，用于获取待测IGBT器件所在闭合回路的测试参数，测试参数至少包括待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值；

建立模块52，用于根据测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，四个不同的设定参数分别代表待测IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值；

计算模块53，用于根据负载电流值、四个不同开通电流值、四个不同关断电压值，计算四个电压关系式得到IGBT器件在开通瞬态下闭合回路中的总电感值。

本发明实施例中的基于IGBT器件开通的电感提取装置，如图5所示，建立模块52包括：

建立子模块521，用于根据闭合回路的总电压计算关系式和负载电流值的特征，得到四个电压关系式；

计算子模块522，用于根据测试参数，计算四个电压关系式得到总电感值。

本发明基于IGBT器件开通的电感提取装置，闭合回路的总电压计算关系式的和为零。

本发明基于IGBT器件开通的电感提取装置，负载电流值的特征为待测IGBT器件在开通瞬态下存在如下关系：

i_load＝i_c+i_d

其中i_Load为负载电流值，i_c为待测IGBT器件的集电极开通电流值，i_d为续流支路电流值，为负载电流值的电流变化率。

本发明基于IGBT器件开通的电感提取装置，四个电压关系式中的每个电压关系式存在如下关系：

其中i_Load为负载电流值，α代表续流支路电阻值，i_c为待测IGBT器件的集电极开通电流值，β代表总电阻值，为待测IGBT器件的集电极开通电流值的电流变化率，γ代表总电感值，ε代表电源电压值，U_d为续流二极管导通电压值，u_ce为待测IGBT器件的发射极与集电极之间的开通电压值。

实施例3

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现实施例1中基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。该存储介质上还存储有待测IGBT器件在开通瞬态下的负载电流值、待测IGBT器件的集电极的至少四个不同开通电流值和发射极与集电极之间的至少四个不同开通电压值,在闭合回路中与四个不同开通电流值分别对应的四个不同续流二极管导通电压值，还有计算闭合回路中的电感值时要需要的其它参数值。

其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard DiskDrive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(ROM)或随机存储记忆体(RAM)等。

实施例4

本实施例提供基于IGBT器件开通的电感提取设备，如图6所示，包括存储器620、处理器610及存储在存储器620上并可在处理器610上运行的计算机程序，处理器610执行程序时实现实施例1中基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。

图6是本发明实施例提供的执行列表项操作的处理方法的硬件结构示意图，如图6所示，该基于IGBT器件电感提取设备包括一个或多个处理器610以及存储器620，图6中以一个处理器610为例。

执行列表项操作的处理方法的设备还可以包括：获取装置630和计算装置640。

处理器610、存储器620、获取装置630和计算装置640可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线连接为例。

处理器610可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器610还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims

1.一种基于IGBT器件开通的电感提取方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测试参数还包括在所述闭合回路中与所述四个不同开通电流值分别对应的四个不同续流二极管导通电压值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述测试参数，分别建立至少四个电压关系式，其分别包含四个不同的设定参数，所述四个不同的设定参数分别代表所述闭合回路中的续流支路电阻值、总电阻值、总电感值和电源电压值的步骤包括；

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述闭合回路的总电压计算关系式的和为零。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述负载电流值的特征为所述待测IGBT器件在开通瞬态下存在如下关系：

i_load＝i_c+i_d

6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述四个电压关系式中的每个电压关系式存在如下关系：

其中所述i_Load为所述负载电流值，α代表所述续流支路电阻值，所述i_c为所述待测IGBT器件的集电极开通电流值，所述β代表所述总电阻值，所述为所述待测IGBT器件的集电极开通电流值的电流变化率，γ代表所述总电感值，ε代表所述电源电压值，Ud为所述续流二极管导通电压值，所述uce为所述待测IGBT器件的发射极与集电极之间的开通电压值。

7.一种基于IGBT器件开通的电感提取装置，其特征在于，包括：

计算模块，用于根据所述负载电流值、所述四个不同开通电流值、所述四个不同开通电压值，计算所述四个电压关系式得到所述待测IGBT器件在所述开通瞬态下所述闭合回路中的总电感值。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述建立模块包括：

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述的基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。

10.一种基于IGBT器件开通的电感提取设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现权利要求1-5任一项所述的基于IGBT器件开通的电感提取方法的步骤。