CN110018406B - 一种双脉冲测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种双脉冲测试系统，适用于移相型双有源桥变换器中的开关管测试，包括第一和第二可调直流电源、断路器K1和K2、直流电容C1和C2、测试电感Lg、陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2。通过两次脉冲分别触发陪测开关管IGBT1和待测IGBT2，使待测开关管IGBT2工作在零电压开通且非零电流关断状态，可真实模拟移相型双有源桥变换器中开关管的在开通和关断时的运行工况，从而为开关管驱动参数设计提供指导。
Description
技术领域
本发明涉及一种双脉冲测试系统。
背景技术
双有源桥变换器可实现直流电压变换和电气隔离，主要分为移相型和串联谐振型。与串联谐振型双有源桥变换器相比，移相型双有源桥变换器一般采用电压闭环控制方式，输出直流电压具备较宽的调节范围。在额定工况运行时，移相型双有源桥变换器中所有开关管均工作在零电压开通且非零电流关断状态。为进一步提高系统性能，在正常运行前需要对开关器件进行双脉冲测试，通过观测开关管在开通和关断时的状态，可对相关开关管驱动电路参数设计提供相应指导。
双脉冲测试法可以便捷的测试开关管和相关驱动的性能，从而获取开关管稳态和暂态过程中的主要参数，用以评估开关管和驱动的性能，并对电路参数进行优化。专利CN208125878U和CN208239569U均提出一种双脉冲测试平台，能够满足多种开关管驱动电流测试要求，但是，所提出的测试平台无法真实模拟移相型双有源变换器中开关管在开通和关断时的真实状态，主要表现在所提出的测试平台，在待测开关管开通过程中无法实现零电压软开关，测试电流均从集电极流向发射极，无法通过二极管进行续流。
因此，针对现有的双脉冲测试平台不具备零电压开通测试条件的问题，需要提供一种能够模拟真实移相型双有源桥变换器中开关管在开通和关断时工作状态的双脉冲测试系统。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺点，提出一种零电压软开关双脉冲测试系统。本发明在有限脉冲时间段内分别导通陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2，可使被测开关管IGBT2工作在零电压开通且非零电流开关状态，能够真实模拟移相型双有源桥变换器中单只开关管在开通和关断时的运行工况。
应用本发明的移相型双有源桥变换器由高压侧储能电容CH、高压侧H桥单元、高频变压器TFH、低压侧H桥单元和低压侧储能电容CL构成。高压侧H桥单元与高压侧储能单元CH并联连接，低压侧H桥单元与低压侧直流储能单元CL并联连接。高压侧H桥单元的端子a与高频变压器TFH的高压侧上端s相连，高频变压器TFH的高压侧下端t与高压侧H桥单元的端子b相连，高频变压器TFH的低压侧上端u与低压侧H桥单元的端子c相连，高频变压器TFH的低压侧下端v与低压侧H桥单元的端子d相连。同时高压侧H桥单元的两端分别连接移相型双有源桥变换器的高压侧储能电容CH的正极端子IN1和负极端子IN2，低压侧H桥单元两端分别连接移相型双有源桥变换器的低压侧储能电容CL的正极端子OUT1和负极端子OUT2。
本发明零电压软开关双脉冲测试系统包含测试电感Lg、第一可调直流电源、和第二可调直流电源、直流断路器K1和K2、直流电容C1和C2、陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2。第一可调直流电源和第二可调直流电源结构相同、参数相同；直流断路器K1和K2结构相同、参数相同；直流电容C1和C2结构相同、参数相同；陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2结构相同、参数相同。
第一可调直流电源通过直流断路器K1后与直流电容C1并联，第二可调直流电源通过直流断路器K2后与直流电容C2并联。
第一可调直流电源的正极端子连接直流电容C1的正极端子n，负极端子通过直流断路器K1后连接至直流电容C1的负极端子m。第二可调直流电源的正极端子通过直流断路器K2后连接至直流电容C2的正极端子x，负极端子连接至直流电容C2的负极端子y。陪测开关管IGBT1的集电极端子h连接至测试电感Lg的端子p，发射极端子g连接至直流电容C1的负极端子m。待测开关管IGBT2的集电极端子i连接至直流电容C2的正极端子x，发射极端子l连接至测试电感Lg的端子p。测试电感的端子q分别和直流电容C1的正极端子n和直流电容C2的负极端子y相连。
所述的双脉冲测试系统中，在进行测试时，首先导通陪测开关管IGBT1，使测试电感Lg中的电流在陪测开关管IGBT1关断时能够通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流，从而使待测开关管IGBT2在开通时具备零电压状态，通过调整待测开关管IGBT2的开通时间，可使开关管IGBT2在关断时，电流从直流电容C2的正极端子x流向测试电感Lg的端子p，实现非零电流关断状态；具体操作步骤如下：
(1)首先对直流电容C1和C2充电，同时闭合直流断路器K1和K2，通过调节第一可调直流电源和第二可调直流电源，使直流电容C1和C2的直流电压均由零升至开关管IGBT1和IGBT2数据手册中所标定的额定耐压值Udc，后断开直流断路器K1和K2；
(2)在[0,t1]时间段内，导通陪测开关管IGBT1。直流电容C1的电压将会作用在测试电感Lg上，从而产生由端子q指向端子p的电流，该电流的幅值由零直线上升至陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1。根据基尔霍夫电压定律，由于在整个过程中待测开关管IGBT2均承受方向压降，此时电感电流并不会通过反并联二极管和直流电容C2进行续流；
(3)在[t1,t2]时间段内，关断陪测开关管IGBT1。在t1时刻，由于电感电流不会突变，且陪测开关管IGBT1处于关断状态，因此电感电流将会通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流。此外，直流电容C1的电压作用在测试电感Lg上，则电流将呈现直线下降趋势，在t2时刻降至测试电流值I2，I2为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件导通电流值。
(4)在[t2,t3]时间段内，导通待测开关管IGBT2。在该时间段内，电流由测试值I2降至零后，呈现反向流动，即由端子p指向端子q，且幅值呈现直线上升状态。在t3时刻，电流将会升至测试电流值I3，I3为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件关断电流值。
(5)在[t3,∞]时间段内，关断陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2，并利用两只结构相同且参数相同的放电电阻R1，放电电阻R1的数值一般在12Ω～100Ω之间，分别并联在直流电容C1和C2的正负极端子之间，对电容进行放电操作。在整个测试过程中存在0＜t1＜t2＜t3＜∞。
所述的双脉冲测试系统操作过程中，时刻t1的数值由直流电容C1的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1和陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1决定，具体的计算公式如下：
所述的双脉冲测试系统操作过程中，时刻t2的数值由时刻t1的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1和测试电流值I2所决定，具体的计算公式如下：
所述的零电压软开关双脉冲测试系统操作过程中，时刻t3的数值由时刻t2的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、待测开关管IGBT2的测试电流值I2和测试电流值I3所决定，具体的计算公式如下：
本发明双脉冲测试系统，通过在不同时间段内导通陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2，可使待测开关管IGBT2在导通时测试电感Lg的电流通过反并联二极管和直流电容C2进行续流，此时待测开关管IGBT2的集电极i和发射极l之间的电压近似为零，而传统的双脉冲测试系统在待测开关管IGBT2导通时，电流由集电极i流向发射极l，无法通过反并联二极管进行续流，导通时无法满足零电压开通条件。
与传统双脉冲测试系统相比，本发明的双脉冲测试系统能够有效模拟移相型双有源桥变换器单只开关器件在额定工况运行时的导通和关断状态，从而为开关管驱动参数设计提供相关指导，且测试方式相对灵活，控制方式相对简单。
附图说明
图1为移相型双有源桥变换器结构示意图；
图2为本发明双脉冲测试系统。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施方式进一步说明本发明。
如图1所示，所述的移相型双有源桥变换器由高压侧储能电容CH、高压侧H桥单元、高频变压器TFH、低压侧H桥单元和低压侧储能电容CL构成。高压侧H桥单元与高压侧储能单元CH并联连接，低压侧H桥单元与低压侧直流储能单元CL并联连接；高压侧H桥单元的端子a与高频变压器TFH的高压侧上端s相连，高频变压器TFH的高压侧下端t与高压侧H桥单元的端子b相连，高频变压器TFH的低压侧上端u与低压侧H桥单元的端子c相连，高频变压器TFH的低压侧下端v与低压侧H桥单元的端子d相连。同时高压侧H桥单元的两端分别连接移相型双有源桥变换器的高压侧储能电容CH的正极端子IN1和负极端子IN2，低压侧H桥单元两端分别连接移相型双有源桥变换器的低压侧储能电容CL的正极端子OUT1和负极端子OUT2。
如图2所示，所述的零电压软开关双脉冲测试系统，其特征在于，包含测试电感Lg和结构相同且参数一致的第一和第二可调直流电源、直流断路器K1和K2、直流电容C1和C2、陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2。第一可调直流电源通过直流断路器K1后与直流电容C1并联，第二可调直流电源通过直流断路器K2后与直流电容C2并联。
如图2所示，第一可调直流电源的正极端子连接直流电容C1的正极端子n，负极端子通过直流断路器K1后连接至直流电容C1的负极端子m。第二可调直流电源的正极端子通过直流断路器K2后连接至直流电容C2的正极端子x，负极端子连接至直流电容C2的负极端子y。陪测开关管IGBT1的集电极端子h连接至测试电感Lg的端子p，发射极端子g连接至直流电容C1的负极端子m。待测开关管IGBT2的集电极端子i连接至直流电容C2的正极端子x，发射极端子l连接至测试电感Lg的端子p。测试电感的端子q分别和直流电容C1的正极端子n和直流电容C2的负极端子y相连。
所述的零电压软开关双脉冲测试系统中，其特征在于，在进行测试时，首先导通陪测开关管IGBT1，使测试电感Lg中的电流在陪测开关管IGBT1关断时能够通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流，从而使待测开关管IGBT2在开通时具备零电压状态，通过调整待测开关管IGBT2的开通时间，可使开关管IGBT2在关断时，电流从直流电容C2的正极端子x流向测试电感Lg的端子p，实现非零电流关断状态；具体操作步骤如下：
(1)首先对直流电容C1和C2进行充电，同时闭合直流断路器K1和K2，通过调节第一可调直流电源和第二可调直流电源使直流电容C1和C2的直流电压均由零升至开关管IGBT1和IGBT2数据手册中所标定的额定耐压值Udc，后断开直流断路器K1和K2。
(2)在[0,t1]时间段内，导通陪测开关管IGBT1。直流电容C1的电压将会作用在测试电感Lg上，从而产生由端子q指向端子p的电流，其幅值由零直线上升至陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1。根据基尔霍夫电压定律，由于在整个过程中待测开关管IGBT2均承受方向压降，此时电感电流并不会通过反并联二极管和直流电容C2进行续流。
(3)在[t1,t2]时间段内，关断陪测开关管IGBT1。在t1时刻，由于电感电流不会突变，且陪测开关管IGBT1处于关断状态，因此电感电流将会通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流。此外，直流电容C1的电压作用在测试电感Lg上，则电流将呈现直线下降趋势，在t2时刻降至测试电流值I2，I2为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件导通电流值。
(4)在[t2,t3]时间段内，导通待测开关管IGBT2。在该时间段内，电流由测试值I2降至零后，呈现反向流动，即由端子p指向端子q，且幅值呈现直线上升状态。在t3时刻，电流将会升至测试电流值I3，I3为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件关断电流值。
(5)在[t3,∞]时间段内，关断陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2，并利用两只结构一致且参数相同的放电电阻R1，R1的数值一般在12Ω～100Ω之间，分别并联在直流电容C1和C2的正负极端子之间，对电容进行放电操作。
所述的零电压软开关双脉冲测试系统操作过程中，其特征在于，时刻t1的数值由直流电容C1的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1和陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1决定，具体的计算公式如下：
所述的零电压软开关双脉冲测试系统操作过程中，其特征在于，时刻t2的数值由时刻t1的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1和测试电流值I2所决定，具体的计算公式如下：
所述的零电压软开关双脉冲测试系统操作过程中，其特征在于，时刻t3的数值由时刻t2的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、待测开关管IGBT2的测试电流值I2和测试电流值I3所决定，具体的计算公式如下：
Claims (4)
1.一种双脉冲测试系统，所述的测试系统包含测试电感Lg、第一可调直流电源、第二可调直流电源、直流断路器K1和K2、直流电容C1和C2、陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2；第一可调直流电源和第二可调直流电源的结构相同、参数相同；直流断路器K1和K2结构相同、参数相同；直流电容C1和C2结构相同、参数相同；陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2结构相同、参数相同；第一可调直流电源通过直流断路器K1后与直流电容C1并联，第二可调直流电源通过直流断路器K2后与直流电容C2并联；
第一可调直流电源的正极端子连接直流电容C1的正极端子n，负极端子通过直流断路器K1后连接至直流电容C1的负极端子m；第二可调直流电源的正极端子通过直流断路器K2后连接至直流电容C2的正极端子x，负极端子连接至直流电容C2的负极端子y；陪测开关管IGBT1的集电极端子h连接至测试电感Lg的端子p，陪测开关管IGBT1的发射极端子g连接至直流电容C1的负极端子m；待测开关管IGBT2的集电极端子i连接至直流电容C2的正极端子x，待测开关管IGBT2的发射极端子l连接至测试电感Lg的端子p；测试电感的端子q分别与直流电容C1的正极端子n和直流电容C2的负极端子y相连，
其特征在于：测试时，首先导通陪测开关管IGBT1，使测试电感Lg中的电流在陪测开关管IGBT1关断时能够通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流，从而使待测开关管IGBT2在开通时具备零电压状态，通过调整待测开关管IGBT2的开通时间，使开关管IGBT2在关断时，电流从直流电容C2的正极端子x流向测试电感Lg的端子p，实现非零电流关断状态；具体如下：
(1)首先对直流电容C1和电容C2充电，同时闭合直流断路器K1、K2，通过调节第一可调直流电源和第二可调直流电源使直流电容C1和C2的直流电压均由零升至开关管IGBT1和IGBT2数据手册中所标定的额定耐压值Udc，然后断开直流断路器K1和K2；
(2)在[0,t1]时间段内，导通陪测开关管IGBT1；直流电容C1的电压将会作用在测试电感Lg上，从而产生由端子q指向端子p的电流，该电流的幅值由零直线上升至陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1；由于在整个过程中待测开关管IGBT2均承受方向压降，此时电感电流并不会通过反并联二极管和直流电容C2进行续流；
(3)在[t1,t2]时间段内，关断陪测开关管IGBT1；在t1时刻，由于电感电流不会突变，且陪测开关管IGBT1处于关断状态，因此电感电流将会通过待测开关管IGBT2的反并联二极管和直流电容C2进行续流；此外，直流电容C1的电压作用在测试电感Lg上，则电流将呈现直线下降趋势，在t2时刻降至测试电流值I2，I2为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件导通电流值；
(4)在[t2,t3]时间段内，导通待测开关管IGBT2；在该时间段内，电流由测试值I2降至零后，呈现反向流动，即由端子p指向端子q，且幅值呈现直线上升状态；在t3时刻，电流将会升至测试电流值I3，I3为移相型双有源桥变换器在额定工况运行时的单只IGBT器件关断电流值；
(5)在[t3,∞]时间段内，关断陪测开关管IGBT1和待测开关管IGBT2，并在直流电容C1和C2的正负极端子之间分别并联两只结构相同且参数相同的放电电阻R1，对电容进行放电操作，R1的数值在12Ω～100Ω之间；在整个测试过程中存在0＜t1＜t2＜t3＜∞。
2.根据权利要求1所述的双脉冲测试系统，其特征在于，所述的时刻t1的数值由直流电容C1的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1和陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1决定，计算方法如下：
3.根据权利要求1所述的双脉冲测试系统，其特征在于，所述的时刻t2的数值由时刻t1的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、陪测开关管IGBT1数据手册中所标定的额定电流值I1和测试电流值I2所决定，计算方法如下：
4.根据权利要求1所述的双脉冲测试系统，其特征在于，所述的时刻t3的数值由时刻t2的数值、直流电容C2的电压Udc、测试电感Lg的电感值L1、待测开关管IGBT2的测试电流值I2和测试电流值I3决定，计算方法如下：
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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