CN113589027B - 一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，涉及电力电子器件监测技术领域，包括：RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；数字隔离组件，连接在所述电阻电容网络上或者连接在所述电阻电容网络的一个分支电路上，用于：在所述电力电子器件的关断瞬态过程中，提取电容充电时的脉冲电流信号的时间点信息；和/或，在所述电力电子器件的开通瞬态过程中，提取电容放电时的脉冲电流信号的时间点信息其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束点时刻。本发明能够达到成本低、精度高、抗干扰能力强的目的。

Description

一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置

技术领域

本发明涉及电力电子器件监测技术领域，特别是涉及一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置。

背景技术

电力电子器件的健康状态与电力电子器件的关断瞬态过程或开通瞬态过程有密切关系。现在可以将电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间(从起始时刻到结束时刻)或者开通瞬态过程中的电压下降时间(从起始时刻到结束时刻)作为开关特性参数，以此来表征电力电子器件在工作期间的老化状态。

由于电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间或者开通瞬态过程中的电压下降时间都非常短，所以对检测精度要求非常高。目前采用高精度高压探头来检测电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间或者开通瞬态过程中的电压下降时间。然而，这种检测手段成本高、安全性差，无法应用于实际运行的装置。

发明内容

本发明的目的是提供一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，以达到成本低、精度高、抗干扰能力强的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，包括：

RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

数字隔离组件，连接在所述电阻电容网络上或者连接在所述电阻电容网络的一个分支电路上，用于：在所述电力电子器件的关断瞬态过程中，提取电容充电时的脉冲电流信号的时间点信息；和/或，在所述电力电子器件的开通瞬态过程中，提取电容放电时的脉冲电流信号的时间点信息；其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束点时刻。

一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，包括：

第一采样支路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一采样支路为RC等效电路；所述RC等效电路为电阻电容网络，所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；第二采样支路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第二采样支路为电阻分压等效电路或者RC等效电路；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻；

数字隔离组件；所述数字隔离组件的第一输入端连接在所述第一采样支路上，所述数字隔离组件的第二输入端连接在所述第二采样支路上，所述数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取电流绝对值对应的时间点信息；所述电流绝对值为所述第一采样支路确定的电流与所述第二采样支路确定的电流的差值的绝对值；所述第一采样支路确定的电流为流经RC等效电路的电容充电或者电容放电时的脉冲电流信号；所述第二采样支路确定的电流是根据所述电阻分压等效电路或者所述RC等效电路输出的电压信号确定；其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束时刻；

时间测量模块，与所述数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息；和/或，基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，包括：

第一RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；第二RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一RC等效电路和第二RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第一数字隔离组件，并联在所述第一RC等效电路上；所述第一数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第一RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号；第二数字隔离组件，并联在所述第二RC等效电路上；所述第二数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第二RC等效电路产生的脉冲电流信号的起始时刻信号；

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件的输出端和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，包括：

电阻分压等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻；RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第一数字隔离组件，并联在所述RC等效电路上；所述第一数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号；第二数字隔离组件，并联在所述电阻分压等效电路上；所述第二数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述电阻分压等效电路确定的电流信号的起始时刻信号；

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本实施例采用RC等效电路作为采样电路，将采样获得的电容充电电流波形用于电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升阶段的关键时刻的检测或者将采样获得的电容放电电流波形用于电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降阶段的关键时刻的检测；利用数字隔离技术实现关键时刻的捕获，方便地将采样得到的电流信号模拟量通过数字隔离技术转化为数字信号(电平信号)，该数字信号可直接表征电压上升阶段的关键时刻或者电压下降阶段的关键时刻，具有成本低、精度高、抗干扰能力强的优点。

附图说明

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

图1为本发明实施例一电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置的结构框图；

图2为本发明实施例时间测量模块的结构示意图；

图3为本发明实施例一IGBT器件的电气符号示意图；

图4为本发明实施例一等效瞬变电压源与RC等效电路连接的原理示意图；

图5为本发明实施例一IGBT器件在关断瞬态过程中电容电压和电容电流的波形示意图；

图6为本发明实施例一IGBT器件在开通瞬态过程中电容电压和电容电流的波形示意图；

图7为本发明实施例一等效瞬变电压源、RC等效电路和隔离组件三者的连接原理示意一图；

图8为本发明实施例一等效瞬变电压源、RC等效电路和隔离组件三者的连接原理示意二图；

图9为本发明实施例一等效瞬变电压源、RC等效电路和隔离组件三者的连接原理示意三图；

图10为本发明实施例一等效瞬变电压源、RC等效电路和隔离组件三者的连接原理示意四图；

图11为本发明实施例一数字隔离组件的输入信号示意图；

图12为本发明实施例一数字隔离组件的输出信号示意图；

图13为本发明实施例一IGBT器件CE两端在关断器件电压上升时间示意图；

图14为本发明实施例一与IGBT器件连接的数字隔离组件的输入信号示意图；

图15为本发明实施例一与IGBT器件连接的数字隔离组件的输出信号示意图；

图16为本发明实施例一数字隔离组件的结构示意图；

图17为本发明实施例二电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置的部分结构示意图；

图18为本发明实施例二IGBT器件CE两端在关断器件电压上升时间示意图；

图19为本发明实施例二与IGBT器件连接的数字隔离组件的输入信号示意图；

图20为本发明实施例二与IGBT器件连接的数字隔离组件的输出信号示意图；

图21为本发明实施例三电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置的结构示意图；

图22为本发明实施例三IGBT器件CE两端在关断器件电压上升时间示意图；

图23为本发明实施例三与IGBT器件连接的数字隔离组件的第一输入信号示意图；

图24为本发明实施例三与IGBT器件连接的数字隔离组件的第二输入信号示意图；

图25为本发明实施例三与IGBT器件连接的数字隔离组件的输出信号示意图；

图26为本发明实施例四电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置的结构示意图；

图27为本发明实施例四IGBT器件CE两端在关断器件电压上升时间示意图；

图28为本发明实施例四与IGBT器件连接的数字隔离组件的第一输入信号示意图；

图29为本发明实施例四与IGBT器件连接的数字隔离组件的第二输入信号示意图；

图30为本发明实施例四与IGBT器件连接的数字隔离组件的输出信号示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供了一种基于单路RC串联电路的采样电路和数字隔离的检测技术，首先获取并联在电力电子器件形成的等效瞬变电压源两端的RC等效电路的电容充/放电的脉冲电流信号，然后用数字隔离组件检测该脉冲电流信号的特定时间点，进而获得该电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息或者在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

请参见图1，本实施例提供的瞬态过程时间信息检测装置包括：

RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容。

数字隔离组件，连接在所述电阻电容网络上或者连接在所述电阻电容网络的一个分支电路上，用于：在所述电力电子器件的关断瞬态过程中，提取电容充电时的脉冲电流信号的时间点信息；和/或，在所述电力电子器件的开通瞬态过程中，提取电容放电时的脉冲电流信号的时间点信息；其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束点时刻；所述数字隔离组件为数字隔离器件或者数字隔离模块。

进一步地，请参见图2，本实施例所述的检测装置还包括：时间测量模块。

所述时间测量模块，与所述数字隔离组件的输出端连接，用于：

基于所述脉冲电流信号的时间点信息，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息；和/或，基于所述脉冲电流信号的时间点信息，确定所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

时间测量模块由一个非门和高精度时间测量芯片TDC-GP1构成。数字隔离组件的输出经过非门后的第一个电平变化沿作为时间测量芯片TDC-GP1的START信号，即数字隔离组件的输出由高电平翻转为零的时刻，启动时间测量芯片TDC-GP1并开始计时；数字隔离组件的输出信号直接作为时间测量芯片TDC-GP1的STOP信号，即数字隔离组件的输出信号由低电平翻转为高电平的时刻时间测量芯片TDC-GP1停止计时，这样时间测量芯片TDC-GP1测量出数字隔离组件的输出脉宽，即测得IGBT关断瞬变过程的时间长度，完成所述的测量工作。

以IGBT器件为例，来说明电力电子器件在关断瞬态过程的电压上升时间信息和电力电子器件在开通瞬态过程的电压下降时间信息。

图3为IGBT器件的电气符号示意图，C为IGBT器件的集电极，E为IGBT器件的发射极。本实施例所述的RC等效电路的两端分别接在IGBT器件的CE两端，如图4所示。当IGBT器件在关断期间，CE两端的电压就上升，然后给并联在CE两端的RC等效电路上的电容充电，接着数字隔离组件就能提取到电容充电时脉冲电流信号的时间点信息，最后基于脉冲电流信号的时间点信息，确定IGBT器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息。当IGBT器件在开通期间，CE两端的电压下降，并联在CE两端的RC等效电路上的电容放电，接着数字隔离组件就能提取到电容放电时脉冲电流信号的时间点信息，最后基于脉冲电流信号的时间点信息，确定IGBT器件在开通瞬态过程的电压下降时间信息。

图5为IGBT器件在关断瞬态过程中电容电压和电容电流的波形示意图，图6为IGBT器件在开通瞬态过程中电容电压和电容电流的波形示意图。其中，u_s(t)或u_s均表示CE两端的电压，当u_c(t＝t₁)时，达到最大值u_d；u_c(t)或u_c均表示电容电压，i_c(t)或i_c均表示电容电流。

本实施例所述的电阻电容网络可以由多个电阻和多个电容组成。请参见图7-10，1)“Uin”的左侧(含有大写R、R2、C)为RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效瞬变电压源的两端。RC等效电路是采样电路，并在各种拓扑结构中，均可以等效为电阻与电容的串联，然后通过电阻上的电压，来代表这个RC采样电路上电容的充电电流；2)“Uin”的右侧，是采样电路输出信号的处理部分，由匹配电阻r、数字隔离组件组成；3)采样电路采集的充电电流和电力电子器件形成的等效瞬变电压源的两端的电压有对应关系，在电容的充电过程中，电流上升沿时间就是等效瞬变电压源两端电压上升时间，或者采样电路采集的放电电流和电力电子器件形成的等效瞬变电压源的两端的电压有对应关系，在电容的放电过程中，电流下降沿时间就是等效瞬变电压源两端电压上升时间。(4)在RC等效电路上，将电阻上的电压代表电容电流(电压＝电阻*电流)，电容电流最大值和等效瞬变电压源两端电压成正比。其中，输出信号(Uin)进入数字隔离组件，需要阻抗匹配，才能保证数字隔离组件输入在规定的电流范围之内。

请参见图7至图10，当所述电阻电容网络包括一个电阻和一个电容时，所述数字隔离组件串联在一个所述电阻和一个所述电容串联的电路上。当所述电阻电容网络包括一个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在一个所述电阻和多个所述电容串联的电路上。当所述电阻电容网络包括多个电阻和一个电容时，所述数字隔离组件串联在多个所述电阻和多个所述电容串联的电路上。当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在多个所述电阻和多个所述电容串联的电路上。当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在所述等效电阻和所述等效电容串联的电路上；所述等效电阻为多个电阻并联后形成的电阻；所述等效电容为多个电容并联后形成的电容。当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容且所述电阻电容网络包括N条分支电路时，前N-1条分支电路均为为多个电阻串联的电路，且前N-1条分支电路均并联在电力电子器件形成的等效电压源上，第N条分支电路为电阻和电容串联的电路，所述第N条分支电路并联在所述第N-1条分支电路的一个或者多个电阻上，所述数字隔离组件串联在第N条分支电路上；所述第N条分支电路中的电阻的个数为一个或者多个，所述第N条分支电路中的电容的个数为一个或者多个。当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时且所述电阻电容网络包括N条分支电路时，前N-1条分支电路均为电阻和电容串联的电路，且前N-1条分支电路均并联在电力电子器件形成的等效电压源上，第N条分支电路为一个或者多个电阻串联的电路，所述第N条分支电路并联在所述第N-1条分支电路的一个或者多个电阻上，所述数字隔离组件串联在第N条分支电路上；在所述前N-1条分支电路中每条分支电路的电阻的个数为一个或者多个，在所述前N-1条分支电路中每条分支电路的电容的个数为一个或者多个；其中，N为大于或者等于2的正整数。

作为一种优选地实施方式，本实施例所述的RC等效电路采集的电流波形与RC等效电路上的电容电流或电阻电流具有相同的波形特征，电流波形包含上升过程和下降过程；例如，对应于电容的充电过程，充电电流达到峰值的时刻对应于电力电子器件两端电压达到最大值的时刻，该电流波形信号也可以从RC等效电路的电路网络上某个点获得。将代表RC等效电路的电流信号经适当的匹配电阻r匹配后输入一数字隔离组件A的输入端。上述匹配电阻r取值范围从0到1000M欧姆。

故本实施例所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置还包括：匹配电阻。所述数字隔离组件的第一输入端连接在所述RC等效电路上，所述数字隔离组件的第二输入端通过所述匹配电阻连接在所述RC等效电路上。

作为一种优选地实施方式，数字隔离组件输出的开关信号的第1变化沿发生的时刻近似该电力电子器件在关断过程中电压上升开始的时刻或者在开通过程中电压下降开始的时刻；数字隔离组件输出的开关信号的第2个变化沿发生的时刻可近似对应该电力电子器件在关断瞬态过程中电压上升结束的时刻或者在开通过程中电压下降结束的时刻。上述两个时刻信号的时间差距即可获得该电力电子器件的关断瞬态过程中电压上升时间宽度或者在开通瞬态过程中电压下降时间宽度。最后还可以通过拟合或标定，精确计算出该电力电子器件的关断瞬态过程的电压上升时间或开通瞬态过程的电压下降时间。

故本实施例所述的电力电子器件在关断瞬态过程中或者开通瞬态过程中，数字隔离器件输出信号的变化过程。数字隔离组件的输入信号X允许连续变化；数字隔离组件输出信号为两个稳态电平，分别为低电平Y0和高电平Y1；数字隔离组件的输入端和输出端之间为电气隔离。

第一种情形：当数字隔离组件的输入信号小于第一阈值X0时，数字隔离组件输出信号为高电平Y1，并当数字隔离组件的输入信号大于第二阈值X1时，数字隔离组件输出信号为低电平Y0；当数字隔离组件的输入信号从高于第二阈值X1的值下降到低于第一阈值X0时，数字隔离组件输出信号为高电平Y1。其中第一阈值X0小于或等于第二阈值X1。该数字隔离组件的输入输出信号关系如图11和图12所示。

第二种情形：当数字隔离组件的输入信号小于第一阈值X0时，数字隔离组件输出信号为低电平Y0，并当数字隔离组件的输入信号大于第二阈值X1时，数字隔离组件输出信号为高电平Y1；当数字隔离组件的输入信号从高于第二阈值X1的值下降到低于第一阈值X0时，数字隔离组件输出信号为低电平Y0。

请参见图13，并联在IGBT器件CE两端的RC等效电路的时间常数记作τ，在IGBT器件关断时，CE两端电压以dv/dt速率上升，直至到达IGBT器件的截止电压Ud，在这个关断瞬态过程中，CE两端电压上升，由理论分析可知，流经上述RC等效电路中的电流随着该CE两端电压升高而逐渐增大，上述数字隔离组件输入端的信号也随之逐渐升高，当该信号高于数字隔离组件第二阈值X1时，该数字隔离组件的输出信号为低电平Y0；当该CE两端电压到达最高值时，RC等效电路的电流同时达到最大值，随后当该CE两端在电压保持不变的关断周期内，该RC等效电路中的电流即从最大值开始以τ为时间常数按指数规律下降，上述数字隔离组件的输入信号也随之下降，降低到第一阈值X0时，数字隔离组件的输出翻转为另一值，即低电平Y1。通过上述方案，数字隔离组件的输出得到一个开关信号。

图14为所述数字隔离组件对应整个电容的充电过程。参见图15，所述隔离组件输出有两个变化沿(如一个下降沿和一个上升沿)组成，其输出的开关信号的时间宽度与上述RC等效电路充电电流波形瞬态时间成正相关，与所述IGBT器件关断(电压上升过程)时间成正相关。隔离组件输出开关信号的第1变化沿发生的时刻(图中下降沿发生时刻T01)近似该力电子器件关断过程开始的时刻；隔离组件输出开关信号的第2个变化沿，发生的时刻可近似对应该电力电子器件关断瞬态过程中电压上升结束的时刻(图中上升沿发生时刻T11)。对上述两个时刻信号测量时间差距即可获得该电力电子器件的关断瞬态过程中电压上升时间宽度。

τ是时间常数，τ＝R*C，只要有电容，电路就会有时间常数。一个电阻上的电流和电压是同步的，电容上电流和电压是不同步(相位)，RC等效电路的时间常数就是来表示此种电路的特性。

所以，适当设计上述电阻电容网络的时间常数τ，即控制数字隔离组件输入信号的变化速率，使得输入到上述数字隔离组件输入端的信号，从波峰值降落到第一阈值X0的时间小于等于对该关断瞬态过程结束时刻测量的误差期望值，即可确保通过上述方案获得的误差在可接受的范围内。

误差期望值，是指这个方案检测方法上，必定有误差，但这个误差可以控制的，通过在设计上优化时间常数τ和第二阈值X0实现误差控制。

作为一种优选地实施方式，本实施例数字隔离组件也可以为如图16所示，包括光隔离模块和滞环比较模块；其中，所述光隔离模块中的发光二极管为所述数字隔离组件的输入侧，所述光隔离模块中的感光元件为所述滞环比较模块的输入端，所述滞环比较模块的输出端为所述数字隔离组件的输出侧。

作为一种优选地实施方式，本实施例提供的瞬态过程时间信息检测装置还包括：箝位器件；数字隔离组件通过箝位器件与RC等效电路连接。

实施例二

本实施例提供了基于双支路串联电路并联采样和数字隔离的检测方法。在电力电子器件的两端(如IGBT的CE两端)，并联两路采样电路，分别为采样支路A和采样支路B。其中，采样支路A可等效为R1和C1的串联电路，其时间常数为τ1＝R1*C1，或者采样支路A可等效为R3和R4的串联电路。采样支路B可等效为R2和C2的串联电路，其时间常数为τ2＝R2*C2；当采样支A为RC等效电路时，所述采样支路A的时间常数和所述采样支路B的时间常数不同。

请参见图17，本实施例提供的瞬态过程时间信息检测装置，包括：

第一采样支路(图中的采样支路B)，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一采样支路为RC等效电路；所述RC等效电路为电阻电容网络，所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容。

第二采样支路(图中的采样支路A)，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第二采样支路为电阻分压等效电路或者RC等效电路；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻。

数字隔离组件；所述数字隔离组件的第一输入端连接在所述第一采样支路上，所述数字隔离组件的第二输入端连接在所述第二采样支路上，所述数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取电流绝对值对应的时间点信息；所述电流绝对值为所述第一采样支路确定的电流与所述第二采样支路确定的电流的差值的绝对值；所述第一采样支路确定的电流为流经RC等效电路的电容充电或者电容放电时的脉冲电流信号；所述第二采样支路确定的电流是根据所述电阻分压等效电路或者所述RC等效电路输出的电压信号确定；其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束时刻。

时间测量模块，与所述数字隔离组件的输出端连接，用于：

基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息；和/或，基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

与实施例一相似，采样支路的输出端均为电阻，需要接入电阻r1、r2为匹配电阻，所述数字隔离组件的第一输入端通过匹配电阻r1连接在所述第一采样支路上，所述数字隔离组件的第二输入端通过匹配电阻r2连接在所述第二采样支路上。

当数字隔离组件的输入信号小于规定的第一阈值X0时，该数字隔离组件的输出信号为高电平Y1，当数字隔离组件的输入信号大于规定的第二阈值X1时，该数字隔离组件的输出信号为低电平Y0，当数字隔离组件的输入信号从高于第二阈值X1的值下降到低于第一阈值X0时，该数字隔离组件的输出信号为高电压Y1。其中第一阈值X0小于或等于第二阈值X1相同。

或者，当数字隔离组件的输入信号小于规定的第一阈值X0时，该数字隔离组件的输出信号为低电平Y0，当数字隔离组件的输入信号大于规定的第二阈值X1时，该数字隔离组件的输出信号为高电平Y1，当数字隔离组件的输入信号从高于第二阈值X1的值下降到低于第一阈值X0时，该数字隔离组件的输出信号为低电平Y0。

以IGBT器件为例子，请参见图18-20，t0是IGBT器件电压上升阶段的起始时间。在IGBT器件关断时，CE两端电压以dv/dt速率上升，直至到达IGBT器件的截止电压Ud，在这个关断瞬态过程中，CE两端电压上升，电压绝对值或者电流绝对值始终小于第二阈值X1时，数字隔离组件的输出信号高电平Y1；当CE两端电压到达峰值后，输出电压UA和输出电压UB以指数规律下降，在允许的时间误差内，电压绝对值或者电流绝对值即超过第二阈值X1，数字隔离组件的输出信号翻转为低电平Y0，将数字隔离组件输出从高电平Y1翻转到低电平Y0的变化沿可以近似为IGBT器件关断瞬态过程中电压上升结束时刻的信号。

从采样支路A提取与等效电路中电流成正比的电压信号UA；采样支路B的设计应同时满足如下要求：(1)在IGBT器件关断瞬态过程中，采样支路B应输出与IGBT的CE两端电压正相关的电压信号UB，且在该阶段保证UB-UA值不超过第二阈值X1；(2)在IGBT器件的CE两端电压到达最大值并保持截止电压Ud的阶段，采样支路B输出的电压信号应使得UB-UA在允许的时间误差内超过第二阈值X1。

实施例三

本实施例提供了即基于双支路RC串联电路并联采样和数字隔离的检测方法。请参见图21，本实施例提供的瞬态过程时间信息检测装置，包括：

第一RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；

第二RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一RC等效电路和第二RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第一数字隔离组件(图中以隔离器件A表示)，并联在所述第一RC等效电路上，用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第一RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号。

第二数字隔离组件(图中以隔离器件B表示)，并联在所述第二RC等效电路上，用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第二RC等效电路产生的脉冲电流信号的起始时刻信号。

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件的输出端和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

将获得的与R1或C1电流等比例的信号，输至隔离组件A或者隔离器件A；当隔离组件A的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出高电平Y1，当该隔离组件A的输入信号高于隔离组件A的第二阈值X1时，隔离组件A的输出由高电平Y1翻转为低电平Y0。将获得的与R2或C2电流等比例的信号，输至隔离组件B或者隔离器件B；当隔离组件B的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出高电平Y1，当该隔离组件B的输入信号高于隔离组件B的第二阈值X1时，隔离组件B的输出由高电平Y1翻转为低电平Y0。

或者，将获得的与R1或C1电流等比例的信号，输至隔离组件A或者隔离器件A；当隔离组件A的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出低电平Y0，当该隔离组件A的输入信号高于隔离组件A的第二阈值X1时，隔离组件A的输出由低电平Y0翻转为高电平Y1。将获得的与R2或C2电流等比例的信号，输至隔离组件B或者隔离器件B；当隔离组件B的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出低电平Y0，当该隔离组件B的输入信号高于隔离组件B的第二阈值X1时，隔离组件B的输出由低电平Y0翻转为高电平Y1。

箝位器件或箝位器件模块的作用是在“隔离组件”输入信号过大时保护隔离组件。因此，在隔离组件的前段设置“箝位器件”，将过高的输入信号(大于第二阈值X1)加以限幅，可以保护隔离组件。故本实施例提供的装置还包括：第一箝位器件和第二箝位器件；所述第一数字隔离组件通过所述第一箝位器件与所述第一RC等效电路连接；所述第二数字隔离组件通过所述第二箝位器件与所述第二RC等效电路连接。

第一RC等效电路和第二RC等效电路(两路完全对称的电路)，均为采样电路，将采样的电压转化为R1C1支路的电流ic1，和R2C2支路的电流ic2，这两个电流的波峰值(或者波谷值)和所在支路的电阻、电容参数有关，电阻越大，电流峰值越小。把R1C1支路和R2C2支路的电阻、电容进行适当设计，使得电流ic1和电流ic2达到峰值(电容充电第一阶段完成)或者波谷值(电容放电的第一阶段完成)时间两者是一样的。

请参见图22至图25，电容充电分为两个阶段，第一阶段是按照CE电压近似斜坡函数上升，电容充电；第二阶段是CE电压达到最大值Ud，电容电压小于CE电压继续充电。两个支路A和支路B，支路A的电流ic1峰值大于支路B的电流ic2的峰值。在IGBT器件两端的CE电压为接近0的饱和压降时(即器件关断前)，电流ic1和电流ic2均为0，输入隔离组件的信号为0，均小于第一阈值X0和第二阈值X1，两个隔离组件的输出均为Y1(高电平)，IGBT器件两端电压发生变化(上升)，当电流ic2大于第一阈值X0，隔离组件B的输出变为Y0(低电平)，此时可以作为电力电子器件关断过程电压上升的起始时刻，虽然有一定误差，通过设计RC参数，误差可以做到很小；随着电力电子器件CE两端电压上升达到最大值Ud，两个支路的电流均达到最大值(峰值)，此时隔离组件A和B的输出均为Y0(低电平)；接下来，CE两端电压维持不变，两个支路的充电电流从峰值开始变小直到0，完成第二阶段的充电。在第二阶段的过程中，选择支路B的电流ic2观察，当电流ic2的下降时，隔离组件B的输入小于第二阈值X1时，隔离组件B的状态从Y0(低电平)变为Y1(高电平)，该时刻可以近似作为电压上升过程的结束时刻，同样，虽然有一定误差，通过设计RC参数，误差可以做到很小。

利用上述隔离组件的特性，可获得电力电子器件关断瞬态过程电压上升过程的起始时刻信号和结束时刻信号。

实施例四

本实施例提供了一种基于RC串联电路与电阻分压电路的并联采样电路和数字隔离的检测方法。请参见图26，本实施例提供的检测装置，包括：

电阻分压等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻。

RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容。

第一数字隔离组件(图中的隔离器件A)，并联在所述RC等效电路上，用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号。

第二数字隔离组件(图中的隔离器件B)，并联在所述电阻分压等效电路上，用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述电阻分压等效电路确定的电流信号的起始时刻信号。

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

本实施例将获得的与R3或C电流等比例的信号，输至隔离组件A或者隔离器件A；当隔离组件A的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出高电平Y1，当该隔离组件A的输入信号高于隔离组件A的第二阈值X1时，隔离组件A的输出由高电平Y1翻转为低电平Y0。电力电子器件形成的等效电压经另一纯电阻网络(R1、R2)分压后，获得与等效电压成正比的信号，输至隔离组件B或者隔离器件B；当隔离组件B的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出高电平Y1，当该隔离组件B的输入信号高于隔离组件B的第二阈值X1时，隔离组件B的输出由高电平Y1翻转为低电平Y0。

或者，将获得的与R3或C1电流等比例的信号，输至隔离组件A或者隔离器件A；当隔离组件A的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出低电平Y0，当该隔离组件A的输入信号高于隔离组件A的第二阈值X1时，隔离组件A的输出由低电平Y0翻转为高电平Y1。电力电子器件形成的等效电压经另一纯电阻网络(R1、R2)分压后，获得与等效电压成正比的信号，输至隔离组件B或者隔离器件B；当隔离组件B的输入信号小于第一阈值X0时，该隔离组件A输出低电平Y0，当该隔离组件B的输入信号高于隔离组件B的第二阈值X1时，隔离组件B的输出由低电平Y0翻转为高电平Y1。

箝位器件或模块的作用是在“隔离组件”入信号过大时保护隔离组件。

请参见图27至图30，R1R2等效电路和R3C等效电路均为采样电路，将采样的电压(电力电子器件的CE电压，在关断过程中由接近0的饱和压降上升为截至电压Ud)转化为R1R2支路的电流iR和R3C支路的iC。R1R2支路为纯电阻支路，电流iR与CE两端电压变化同相位。R3C支路为电阻电容支路，电流为电容充电电流iC为两个阶段。第一阶段是按照CE电压近似斜坡函数上升，电容充电，第二阶段是CE电压达到最大值Ud，电容电压小于CE电压继续充电。

在电力电子器件两端的CE电压为接近0的饱和压降时(即关断前)，电流iR和电流iC均为0，小于第一阈值X0和第二阈值X1，两个隔离组件的输出均为Y1(高电平)；当电力电子器件两端电压发生变化(上升)，当R1R2支路的电流iR大于第一阈值X0，隔离组件B的输出变为Y0(低电平)，此时可以作为电力电子器件关断过程中电压上升的起始时刻，虽然有一定误差，通过设计参数，误差可以做到很小；随着电力电子器件CE两端电压上升达到最大值Ud，支路A(R3C)的电流达到最大值(峰值)，此时隔离组件A的输出为Y0(低电平)，接下来，CE两端电压维持不变，支路A的充电电流从峰值开始变小直到0，完成第二阶段的充电。在第二阶段的过程中，选择支路A的电流iC观察，当电流iC的下降时，隔离组件A的输入小于第二阈值X1时，隔离组件A的状态从Y0(低电平)变为Y1(高电平)，该时刻可以近似作为电压上升过程的结束时刻，同样，虽然有一定误差，通过设计R3C的参数，误差可以做到很小。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，包括：

RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

数字隔离组件，连接在所述电阻电容网络上或者连接在所述电阻电容网络的一个分支电路上，用于：

在所述电力电子器件的关断瞬态过程中，提取电容充电时的脉冲电流信号的时间点信息；

和/或，在所述电力电子器件的开通瞬态过程中，提取电容放电时的脉冲电流信号的时间点信息；

其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束点时刻。

2.根据权利要求1所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，还包括：时间测量模块；

所述时间测量模块，与所述数字隔离组件的输出端连接，用于：

基于所述脉冲电流信号的时间点信息，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息；

和/或，基于所述脉冲电流信号的时间点信息，确定所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

3.根据权利要求1所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，当所述电阻电容网络包括一个电阻和一个电容时，所述数字隔离组件串联在一个所述电阻和一个所述电容串联的电路上；

当所述电阻电容网络包括一个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在一个所述电阻和多个所述电容串联的电路上；

当所述电阻电容网络包括多个电阻和一个电容时，所述数字隔离组件串联在多个所述电阻和多个所述电容串联的电路上；

当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在多个所述电阻和多个所述电容串联的电路上；

当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时，所述数字隔离组件串联在所述等效电阻和所述等效电容串联的电路上；所述等效电阻为多个电阻并联后形成的电阻；所述等效电容为多个电容并联后形成的电容；

当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容且所述电阻电容网络包括N条分支电路时，前N-1条分支电路均为为多个电阻串联的电路，且前N-1条分支电路均并联在电力电子器件形成的等效电压源上，第N条分支电路为电阻和电容串联的电路，所述第N条分支电路并联在所述第N-1条分支电路的一个或者多个电阻上，所述数字隔离组件串联在第N条分支电路上；所述第N条分支电路中的电阻的个数为一个或者多个，所述第N条分支电路中的电容的个数为一个或者多个；

当所述电阻电容网络包括多个电阻和多个电容时且所述电阻电容网络包括N条分支电路时，前N-1条分支电路均为电阻和电容串联的电路，且前N-1条分支电路均并联在电力电子器件形成的等效电压源上，第N条分支电路为一个或者多个电阻串联的电路，所述第N条分支电路并联在所述第N-1条分支电路的一个或者多个电阻上，所述数字隔离组件串联在第N条分支电路上；在所述前N-1条分支电路中每条分支电路的电阻的个数为一个或者多个，在所述前N-1条分支电路中每条分支电路的电容的个数为一个或者多个；

其中，N为大于或者等于2的正整数。

4.根据权利要求1所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，所述数字隔离组件的输入信号为连续变化的，所述数字隔离组件的输出信号为低电平或高电平；所述数字隔离组件的输入端和输出端之间为电气隔离；

当所述数字隔离组件的输入信号小于第一阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为高电平信号，并当所述数字隔离组件的输入信号大于第二阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为低电平信号，且当所述数字隔离组件的输入信号从高于所述第二阈值的值下降到低于所述第一阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为高电平信号；其中，所述第一阈值小于或者等于所述第二阈值；

当所述数字隔离组件的输入信号小于所述第一阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为低电平信号，并当所述数字隔离组件的输入信号大于所述第二阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为高电平信号，且当所述数字隔离组件的输入信号从高于所述第二阈值的值下降到低于所述第一阈值时，所述数字隔离组件的输出信号为低电平信号。

5.根据权利要求1所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，所述数字隔离组件包括光隔离模块和滞环比较模块；其中，所述光隔离模块中的发光二极管为所述数字隔离组件的输入侧，所述光隔离模块中的感光元件为所述滞环比较模块的输入端，所述滞环比较模块的输出端为所述数字隔离组件的输出侧。

6.根据权利要求1所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，还包括：箝位器件；

所述数字隔离组件通过所述箝位器件与所述RC等效电路连接。

7.一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，包括：

第一采样支路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一采样支路为RC等效电路；所述RC等效电路为电阻电容网络，所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第二采样支路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第二采样支路为电阻分压等效电路或者RC等效电路；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻；

数字隔离组件；所述数字隔离组件的第一输入端连接在所述第一采样支路上，所述数字隔离组件的第二输入端连接在所述第二采样支路上，所述数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取电流绝对值对应的时间点信息；所述电流绝对值为所述第一采样支路确定的电流与所述第二采样支路确定的电流的差值的绝对值；所述第一采样支路确定的电流为流经RC等效电路的电容充电或者电容放电时的脉冲电流信号；所述第二采样支路确定的电流是根据所述电阻分压等效电路或者所述RC等效电路输出的电压信号确定；其中，所述时间点信息包括起始点时刻和/或结束时刻；

时间测量模块，与所述数字隔离组件的输出端连接，用于：

基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息；

和/或，基于所述电流绝对值对应的时间点信息，确定所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

8.根据权利要求7所述的一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，当所述第二采样支路为RC等效电路时，所述第一采样支路的时间常数和所述第二采样支路的时间常数不同。

9.一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，包括：

第一RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；

第二RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述第一RC等效电路和第二RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第一数字隔离组件，并联在所述第一RC等效电路上；所述第一数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第一RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号；

第二数字隔离组件，并联在所述第二RC等效电路上；所述第二数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述第二RC等效电路产生的脉冲电流信号的起始时刻信号；

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件的输出端和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

10.一种电力电子器件瞬态过程时间信息检测装置，其特征在于，包括：

电阻分压等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述电阻分压等效电路为电阻网络；所述电阻网络至少包括两个电阻；

RC等效电路，并联在电力电子器件形成的等效电压源上；所述RC等效电路均为电阻电容网络；所述电阻电容网络至少包括一个电阻和一个电容；

第一数字隔离组件，并联在所述RC等效电路上；所述第一数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述RC等效电路产生的脉冲电流信号的结束时刻信号；

第二数字隔离组件，并联在所述电阻分压等效电路上；所述第二数字隔离组件用于在所述电力电子器件的关断和/或开通瞬态过程中，提取所述电阻分压等效电路确定的电流信号的起始时刻信号；

时间测量模块，与所述第一数字隔离组件和第二数字隔离组件的输出端连接，用于：基于所述起始时刻信号和所述结束时刻信号，确定所述电力电子器件在关断瞬态过程中的电压上升时间信息和/或所述电力电子器件在开通瞬态过程中的电压下降时间信息。

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