CN115469126A - 一种相位补偿方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种相位补偿方法及装置，该方法包括：获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。通过将电流进行微分处理，得到在时间维度上与电压信号一致的曲线，测量出相位差，进而实现相位补偿。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，特别是涉及一种相位补偿方法及装置。
背景技术
示波器能把肉眼看不见的电信号变换成看得见的图像，便于人们研究各种电现象的变化过程。随着电力电子技术的发展，需要同时测量功率半导体开关过程中的电压、电流波形，由于电压、电流信号的采集探头的频率响应不一致，示波器采集到的电压、电流信号会存在相位延时。所以，需要对相位延时进行补偿。
现有技术中，首先，利用第一通道所获取的Vce1电压平台以及第二通道获得的电流变化率di/dt，计算杂散电感Ls；然后，利用第二通道所获取到的电流变化率di/dt、理想电压Vceo以及杂散电感Ls计算出第二通道中的实际Vce2；最后，根据示波器第一通道Vce1与第二通道Vce2的差值得到相位延时。此方案得以实行的原因在于可以通过第一通道Vce1电压平台计算杂散电感Ls，但是，在第三代半导体器件开通过程中，Vce1的电压平台不可得，当需要测量的功率半导体为第三代半导体时，通用性差。
发明内容
基于上述问题，本申请提供了一种相位补偿方法及装置，提高示波器两个通道相位补偿的通用性。
本申请实施例公开了如下技术方案：
第一方面，本申请提供一种相位补偿方法，所述方法包括：
获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；
对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；
根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；
根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
可选地，所述示波器第一通道获取的电流信号为绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的信号，所述第二通道获取的电压信号为绝缘栅双极型晶体管集电极与发射极间的电压信号。
可选地，所述示波器第一通道的获取的电流信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流的信号，所述第二通道获取电压信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与源极间电压的信号。
可选地，所述根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差，具体包括：
将所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点作差，获取相位差。
可选地，所述根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿，具体包括：
若所述相位差大于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行超前补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行滞后补偿；
若所述相位差小于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行滞后补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行超前补偿。
第二方面，本申请提供一种相位补偿装置，所述装置包括：获取模块、微分处理模块、相位差获取模块以及补偿模块；
所述获取模块，用于获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；
所述微分处理模块，用于对所述第一通道采集的电流信号进行微分处理 ，获得微分后的电流信号；
所述相位差获取模块，用于根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；
所述补偿模块，用于根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
可选地，所述示波器第一通道获取的电流信号为绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的信号，所述第二通道获取的电压信号为绝缘栅双极型晶体管集电极与发射极间的电压信号。
可选地，所述示波器第一通道的获取的电流信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流信号，所述第二通道获取电压信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与源极间电压的信号。
可选地，所述相位差获取模块，具体用于：
将所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点作差，获取相位差。
可选地，所述补偿模块，具体用于：
若所述相位差大于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行超前补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行滞后补偿；
若所述相位差小于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行滞后补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行超前补偿。
首先，获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；其次，对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；再次，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；最后，根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
相较于现有技术，本申请具有以下有益效果：
通过对电流信号进行微分处理，得到微分后的电流信号，通过将该微分后的电流信号与电感值相乘可以得到示波器第二通道的电压尖峰值（由于电感值为一个常数，所以第二通道的电压尖峰波形在时间维度上与微分后的电流信号的波形是一致的）。所以，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差，进而对电流信号或电压信号进行相应的补偿。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种相位补偿方法的流程图；
图2为本申请实施例提供的获取相位差的原理图；
图3为本申请实施例提供的另一种相位补偿方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的一种相位补偿装置的结构示意图。
具体实施方式
本申请说明书和权利要求书及附图说明中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用于区别不同对象，而不是用于限定特定顺序。
在本申请实施例中，“示例性的”或者“例如”等词用于表示作例子、例证或说明。本申请实施例中被描述为“示例性的”或者“例如”的任何实施例或设计方案不应被解释为比其它实施例或设计方案更优选或更具优势。确切而言，使用“示例性的”或者“例如”等词旨在以具体方式呈现相关概念。
正如前文描述，目前的方法，必须要在杂散电感Ls已知的情况下，才能计算出示波器第二通道的电压值Vce2。将第一通道所获取的Vce1与计算出来的第二通道的Vce2相比较获得相位差，继而针对相位差对电流信号或电压信号的相位进行补偿。
发明人经过研究，想要准确计算杂散电感Ls，必须依靠第一通道所获取的Vce1的电压平台，然而在第三代半导体器件开通过程中，Vce1的电压平台不可得。
有鉴于此，本申请实施例公开了一种检测方法，所述方法包括：首先，获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；其次，对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；再次，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；最后，根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
通过对电流信号进行微分处理，得到微分后的电流信号，通过将该微分后的电流信号与电感值相乘可以得到示波器第二通道的电压峰值（由于电感值为一个常数，所以第二通道的电压波形峰值在时间维度上与微分后的电流信号的波形是一致的）。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
参见图1，该图为本实施例提供的一种相位补偿方法的流程图。
如图1所示，该相位补偿方法包括：
S101：获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号。
半导体器件可以是第一代半导体器件、第二代半导体器件或第三代半导体器件。其中，第一代半导体材料，以硅（Si）、锗（Ge）为代表，特别是硅，构成了一切逻辑器件的基础；第二代半导体材料，主要是指化合物半导体材料，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表；第三代半导体，发明并实用于本世纪初年，涌现出了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等具有宽禁带（Eg＞2.3eV）特性的新兴半导体材料，因此也被成为宽禁带半导体材料。
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流以及频率等等。示波器可以分为模拟示波器、数字示波器以及混合信号示波器。其中，模拟示波器的屏幕上涂有荧光物质，只要被电子束集中就会发光，当连续的荧光点亮起时，使用阴极射线管来显示波形；数字示波器则通过ADC转换模块将模拟信号转换为数字信号加以显示；混合信号示波器的数字通道原理同数字示波器，模拟通道原理同模拟示波器，可以触发任意组合的模拟与数字信号，并且显示以相同时基进行关联的所有信号。
本实施例中的示波器可以是数字示波器或数模混合示波器，一个通道测量半导体器件的电压，一个通道测量半导体器件的电流，由于电压、电流信号的采集探头的频率响应不一致，所以电压和电流之间存在相位差。
本申请实施例中可以采集半导体器件在关断过程中的电压信号以及电流信号，在此过程中，电压信号为正，电流信号为负。
S102：对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号。
电感两端的电压可以表示为：
其中，
表示电感
两端的电压，
表示电感，
表示电流对时间的导数，可以理
解为电流变化的快慢。
S103：根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差。
本申请实施例说明书附图2为相位差获取的原理图。其中，横轴表示时间，纵轴表示信号的幅值，微分后的电流信号谷值所对应的第一时间点为T1，电压信号峰值所对应的第二时间点为T1，二者作差即可得到信号间的相位差。
获得第一通道电流与第二通道电压之间的相位差的方法主要有两种。其一，将第一通道的电流转换为电压信号；其二，将第二通道的电压信号转换为电流信号。
本实施例中采用的是将第一通道的电流信号转换为电压信号，即用电感乘以电流对时间的导数。前文有提及，第三代半导体器件由于电压平台不可得，因而不能计算出电感的具体值，所以基本思想就是找到一条与电压曲线走势相关的曲线。
该曲线可以是电流经微分后的曲线，该曲线与电压尖峰曲线在时间维度上走势相关，所以，可以通过将该曲线与第二通道获得的电压曲线相比较，进而获得第一通道电流信号与第二通道电压信号之间的相位差。
具体方法为：
获得第一通道微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点；
获得第二通道电压信号的峰值对应的第二时间点；
相位差即两个时间点之间的差值。
通过上述差值计算，可以获得相位差，但是相位差可以是正数，也可以是负数。
例如，相位差为第一时间点减去第二时间点，若第一时间点大于第二时间点，则相位差为正（即电流信号相位滞后于电压信号）；若第二时间点大于第一时间点，则相位差为负（即电流信号相位超前于电压信号）。
还有一种情况，即相位差为第二时间点减去第一时间点，若第二时间点大于第一时间点，则相位差为正（即电压信号相位滞后于电流信号）；若第一时间点大于第二时间点，则相位差为负（即电压信号相位超前于电流信号）。
S104：根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
可以根据相位差获得电流信号与电压信号相位间的关系，即电流信号相较于电压信号为超前或者滞后。
若电流信号超前于电压信号，则对电压信号进行超前补偿或者电流信号滞后补偿；若电流信号滞后于电压信号，则对电流信号进行超前补偿或对电压信号进行滞后补偿。
相位补偿可以是将相位差输入到对应通道来加以实现。
首先，获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；其次，对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；再次，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；最后，根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
通过对电流信号进行微分处理，得到微分后的电流信号，通过将该微分后的电流信号与电感值相乘可以得到示波器第二通道的电压（由于电感值为一个常数，所以第二通道的电压尖峰波形在时间维度上与微分后的电流信号的波形是一致的）。所以，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差，进而对电流信号或电压信号进行相应的补偿，适用于第一半导体器件、第二代半导体器件以及第三代半导体器件。
参见图3，该图为本实施例提供的另一种相位补偿方法的流程图。
如图3所示，该相位补偿方法包括：
S301：获取绝缘栅双极型晶体管关断过程中示波器的第一通道采集的集电极电流的信号以及第二通道采集的集电极与发射极间的电压信号。
绝缘栅双极晶体管（Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT）综合了电力晶体管（Giant Transistor，GTR）和电力场效应晶体管（Power MOSFET）的优点，具有良好的特性，应用领域很广泛；IGBT也是三端器件：栅极，集电极和发射极。
除此之外，功率半导体器件还可以是金属氧化物半导体场效晶体管，当功率半导体器件为金属氧化物半导体场效晶体管时，获取金属-氧化物半导体场效应晶体管关断过程中示波器的第一通道采集的漏极电流的信号以及第二通道采集的漏极与源极间电压的信号。
金属氧化物半导体场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor，MOSFET），是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路以及电力电子功率电路的场效晶体管。金属氧化物半导体场效应管依照其沟道极性的不同，可分为电子占多数的N沟道型与空穴占多数的P沟道型，通常被称为N型金氧半场效晶体管（NMOSFET）与P型金氧半场效晶体管（PMOSFET）。
S302：对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号。
S303：根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差。
S304：根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
本实施针对半导体功率管为绝缘栅双极型晶体管时，可以获取示波器第一通道所采集的电流信号与第二通道所采集的电压信号之间的相位差，进而针对该相位差对电流信号或电压信号进行补偿；当半导体功率管为金属氧化物半导体场效晶体管时，可以获取示波器第一通道所采集的电流信号与第二通道所采集的电压信号之间的相位差，进而针对该相位差对电流信号或电压信号进行补偿。
参见图4，该图为本实施例提供的一种相位补偿装置的结构示意图。
如图4所示，该相位补偿装置包括：获取模块401、微分处理模块402、相位差获取模块403以及补偿模块404；
获取模块401，用于获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；
微分处理模块402，用于对所述第一通道采集的电流信号进行微分处理 ，获得微分后的电流信号；
半导体器件可以是第一代半导体器件、第二代半导体器件或第三代半导体器件。其中，第一代半导体材料，以硅（Si）、锗（Ge）为代表，特别是硅，构成了一切逻辑器件的基础；第二代半导体材料，主要是指化合物半导体材料，以砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP）为代表；第三代半导体，发明并实用于本世纪初年，涌现出了碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石（C）、氮化铝（AlN）等具有宽禁带（Eg＞2.3eV）特性的新兴半导体材料，因此也被成为宽禁带半导体材料。
示波器是一种用途十分广泛的电子测量仪器，利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流以及频率等等。示波器可以分为模拟示波器、数字示波器以及混合信号示波器。其中，模拟示波器的屏幕上涂有荧光物质，只要被电子束集中就会发光，当连续的荧光点亮起时，使用阴极射线管来显示波形；数字示波器则通过ADC转换模块将模拟信号转换为数字信号加以显示；混合信号示波器的数字通道原理同数字示波器，模拟通道原理同模拟示波器，可以触发任意组合的模拟与数字信号，并且显示以相同时基进行关联的所有信号。
本实施例中的示波器可以是数字示波器或混合信号示波器，一个通道测量半导体器件的电压，一个通道测量半导体器件的电流，由于电压、电流信号的采集探头的频率响应不一致，所以电压和电流之间存在相位差。
本申请实施例中可以采集半导体器件在关断过程中的电压信号以及电流信号，在此过程中，电压信号为正，电流信号为负。
微分处理模块402，用于对所述第一通道采集的电流信号进行微分处理 ，获得微分后的电流信号；
电感两端的电压可以表示为：
其中，
表示电感
两端的电压，
表示电感，
表示电流对时间的导数，可以理
解为电流变化的快慢。
相位差获取模块403，用于根据微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；
补偿模块404，用于根据相位差，对电流信号或电压信号进行补偿。
相位差获取模块403，具体用于：
将微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点作差，获取相位差。
补偿模块404，具体用于：
若所述相位差大于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行超前补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行滞后补偿；
若所述相位差小于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行滞后补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行超前补偿。
可选地，示波器第一通道获取的电流信号为绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的信号，所述第二通道获取的电压信号为绝缘栅双极型晶体管集电极与发射极间的电压信号。
可选地，示波器第一通道的获取的电流信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流信号，所述第二通道获取电压信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与源极间电压的信号。
首先，获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；其次，对所述电流信号进行微分处理，获得微分后的电流信号；再次，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；最后，根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
通过对电流信号进行微分处理，得到微分后的电流信号，通过将该微分后的电流信号与电感值相乘可以得到示波器第二通道的电压（由于电感值为一个常数，所以第二通道的电压尖峰波形在时间维度上与微分后的电流信号的波形是一致的）。所以，根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差，进而对电流信号或电压信号进行相应的补偿，适用于第一半导体器件、第二代半导体器件以及第三代半导体器件。
需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块提示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本申请的一种具体实施方式，但本申请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申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种相位补偿方法，其特征在于，所述方法包括：
获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；
对所述电流信号进行微分处理，获得微分处理后的电流信号；
根据所述微分处理后的电流信号的谷值对应的第一时间点与所述电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；
根据所述相位差，对所述电流信号或所述电压信号进行补偿。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述示波器第一通道获取的电流信号为绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的信号，所述第二通道获取的电压信号为绝缘栅双极型晶体管集电极与发射极间的电压信号。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述示波器第一通道的获取的电流信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流的信号，所述第二通道获取电压信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与源极间电压的信号。
4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与所述电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差，具体包括：
将所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与所述电压信号的峰值对应的第二时间点作差，获取相位差。
5.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿，具体包括：
若所述相位差大于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行超前补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行滞后补偿；
若所述相位差小于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行滞后补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行超前补偿。
6.一种相位补偿装置，其特征在于，所述装置包括：获取模块、微分处理模块、相位差获取模块以及补偿模块；
所述获取模块，用于获取半导体器件关断过程中示波器的第一通道采集的电流信号以及第二通道采集的电压信号；
所述微分处理模块，用于对所述第一通道采集的电流信号进行微分处理 ，获得微分后的电流信号；
所述相位差获取模块，用于根据所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点，获取相位差；
所述补偿模块，用于根据所述相位差，对所述电流信号或电压信号进行补偿。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述示波器第一通道获取的电流信号为绝缘栅双极型晶体管的集电极电流的信号，所述第二通道获取的电压信号为绝缘栅双极型晶体管集电极与发射极间的电压信号。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述示波器第一通道的获取的电流信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极电流信号，所述第二通道获取电压信号为金属-氧化物半导体场效应晶体管的漏极与源极间电压的信号。
9.如权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述相位差获取模块，具体用于：
将所述微分后的电流信号的谷值对应的第一时间点与电压信号的峰值对应的第二时间点作差，获取相位差。
10.如权利要求6-8任一项所述的装置，其特征在于，所述补偿模块，具体用于：
若所述相位差大于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行超前补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行滞后补偿；
若所述相位差小于零，则对所述第一通道获取的电流信号进行滞后补偿或对所述第二通道获取的电压信号进行超前补偿。
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