CN116520051A - 一种自取能高压igbt驱动系统测试装置及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置及测试方法，该装置中电源产生单元，用于根据可编程控制单元指令，生成预设主电源，将预设主电源输送至波形调制单元；波形调制单元，用于根据可编程控制单元指令，对从电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将指令发送至电源产生单元及波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。通过实施本发明，不需要搭建实际的工程模块或者样机进行模拟测试，缩短了项目开发的周期，降低了成本。
Description
技术领域
本发明涉及高压输电领域，具体涉及一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置及测试方法。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)目前已经成为柔性直流输电、灵活交流输电、定制电力和新能源并网等领域的核心器件。IGBT必须配置IGBT的驱动保护控制电路构成一个整体，以优化IGBT的开关特性以及提供必要的保护。随着电力电子技术的发展，在最近的一些应用场景下，电力电子组件无法提供输出稳定的供能单元，IGBT驱动系统只能采用在IGBT的集电极-发射极两端直接取能的方式来进行供电。为了节省空间，提升能量利用效率，可将驱动板与取能电源设计在同一个PCB板上，称其为高电位IGBT自取能驱动系统。
自取能高压IGBT驱动系统从IGBT的集-射极电压(Vce)取能，接收指令控制IGBT的开通关断，并根据实际情况对IGBT进行监控保护，其主要的原理框图如图1所示，主要由取能电源和IGBT驱动及保护两部分组成。
当IGBT完全关断时，Vce两端电压由外部激励源和电路拓扑决定；当IGBT正常工作时，Vce两端电压由外部激励源信号调制生成。因此IGBT高电位驱动系统的供电电压波形是一种宽范围波动的波形，可以是直流信号、正弦信号、方波信号等信号的一种，或者这些信号的叠加组合。
自取能高压IGBT驱动系统在开发验证过程中需要对不同的工况和输入条件进行验证，直接采用工程的应用环境不太现实，费时费力，而且成本高昂。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中难以实现自取能高压IGBT驱动系统的开发验证过程的缺陷，从而提供一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置及测试方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置，包括：电源产生单元、波形调制单元及可编程控制单元，其中，
所述电源产生单元，用于根据所述可编程控制单元指令，生成预设主电源，将所述预设主电源输送至所述波形调制单元；
所述波形调制单元，用于根据所述可编程控制单元指令，对从所述电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用所述预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；
所述可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将所述指令发送至所述电源产生单元及所述波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
可选地，所述电源产生单元，包括：高压直流电源和波形发生器，所述高压直流电源与所述波形发生器均采用市电供电，其中，
所述高压直流电源通过与所述可编程控制单元通信连接，接收所述可编程控制单元通信发送的指令，根据所述指令输出预设电源；
所述波形发生器与所述可编程控制单元通信连接，接收所述可编程控制单元通信发送的指令，根据所述指令生成预设特征波形；
所述高压直流电源与所述波形发生器串联连接，将所述预设电源与所述预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
可选地，所述电源产生单元，还包括：储能电容，所述储能电容与所述高压直流电源并联连接。
可选地，所述储能电容安装在所述高压直流电源内部或所述高压直流电源外部。
可选地，所述波形调制单元采用半桥结构的IGBT模块。
可选地，所述可编程控制单元自带人机交互接口，所述人机交互接口与外部控制器的连接形式包括：光纤、双绞线、串口、网线。
第二方面，本发明实施例提供一种自取能高压IGBT驱动系统测试方法，基于本发明实施例第一方面的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，所述自取能高压IGBT驱动系统测试方法，包括：
根据实际工程项目设置预设工况模式；
根据所述预设工况模式生成指令；
根据所述指令，生成预设主电源；
对所述预设主电源电压进行调制输出预设电压波形；
利用所述预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；
控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
可选地，所述根据所述预设工况模式生成指令，包括：
根据所述预设工况模式中的波形数据进行傅里叶分解，得到特征波形的占比情况；
根据所述特征波形的占比情况生成指令。
可选地，所述根据所述指令，生成预设主电源，包括：
控制所述电源产生单元根据所述特征波形的占比情况输出预设电源；
控制所述波形发生器据所述特征波形的占比情况生成预设特征波形；
将所述预设电源与所述预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
可选地，执行根据所述指令，生成预设主电源的步骤后，还包括：
判断叠加后生成的预设主电源是否满足预设要求；
当不满足预设要求时，重新调整所述预设工况模式中的波形数据。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置，包括：电源产生单元、波形调制单元及可编程控制单元，其中，电源产生单元，用于根据可编程控制单元指令，生成预设主电源，将预设主电源输送至波形调制单元；波形调制单元，用于根据可编程控制单元指令，对从电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将指令发送至电源产生单元及波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。该装置能够编辑设置自取能高压IGBT驱动系统的输入电压波形，设置各种工况的工作时间和切换动作点，适应不同的工程和项目需要，避免重复开发，不需要搭建实际的工程模块或者样机进行模拟测试，缩短了项目开发的周期，降低了成本。
2.本发明提供的一种自取能高压IGBT驱动系统测试方法，包括：根据实际工程项目设置预设工况模式；根据预设工况模式生成指令；根据指令，生成预设主电源；对预设主电源电压进行调制输出预设电压波形；利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。通过编辑设置自取能高压IGBT驱动系统的输入电压波形，设置各种工况的工作时间和切换动作点，适应不同的工程和项目需要，避免重复开发，不需要搭建实际的工程模块或者样机进行模拟测试，缩短了项目开发的周期，降低了成本。
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为本发明实施例中IGBT自取能驱动系统原理框图；
图2为本发明实施例中自取能高压IGBT驱动系统测试装置示意图；
图3为本发明实施例中自取能高压IGBT驱动系统测试方法的一个具体示例的流程图；
图4为本发明实施例中自取能高压IGBT驱动系统测试装置工作流程图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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自取能高压IGBT驱动系统测试装置，如图2所示，包括：电源产生单元、波形调制单元及可编程控制单元。其中，电源产生单元，用于根据可编程控制单元指令，生成预设主电源，将预设主电源输送至波形调制单元。波形调制单元，用于根据可编程控制单元指令，对从电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电。可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将指令发送至电源产生单元及波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
在一具体实施例中，可编程控制单元可以选择多种工况模式，设定特定工况的工作时间，编辑特定工况的电压波形。用户根据实际工程项目选择预设工况模式，设置每个工况持续的时间以及每个工况的先后顺序。设置完毕后，用户可以把实际工程测到的波形数据或者仿真所得的波形数据按工况顺序导入到自取能高压IGBT驱动系统测试装置中。测试装置内部的可编程控制单元会对输入的波形数据进行傅里叶分解，得到特征波形的占比情况。可编程控制单元与高压直流电源和波形发生器进行通信，根据特征波形的占比情况，调节高压直流电源和波形发生器的输出，得到测试用的主电源。并按照生成的主电源波形，采用设定的开关频率，控制波形调制单元，最终生成所期望的供能电压波形，给被测试的自取能高压IGBT驱动系统供电。
被测试的自取能高压IGBT驱动系统上电后可以通过光纤或者其他形式与可编程控制单元进行通信。该可编程控制单元，能够按照驱动板卡的协议，按步骤执行驱动板卡的功能，以验证自取能高压IGBT驱动板卡在各种输入工况下的取能功能，通信功能，故障保护功能等是否正常。
本发明提供的一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置，包括：电源产生单元、波形调制单元及可编程控制单元，其中，电源产生单元，用于根据可编程控制单元指令，生成预设主电源，将预设主电源输送至波形调制单元；波形调制单元，用于根据可编程控制单元指令，对从电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将指令发送至电源产生单元及波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。该装置能够编辑设置自取能高压IGBT驱动系统的输入电压波形，设置各种工况的工作时间和切换动作点，适应不同的工程和项目需要，避免重复开发，不需要搭建实际的工程模块或者样机进行模拟测试，缩短了项目开发的周期，降低了成本。
优选地，如图2所示，电源产生单元，包括：高压直流电源和波形发生器，高压直流电源与波形发生器均采用市电供电。其中，高压直流电源通过与可编程控制单元通信连接，接收可编程控制单元通信发送的指令，根据指令输出预设电源。波形发生器与可编程控制单元通信连接，接收可编程控制单元通信发送的指令，根据指令生成预设特征波形。高压直流电源与波形发生器串联连接，将预设电源与预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
在一具体实施例中，电源产生单元主要用来产生跟实际工况一致的主电源，包括一个可调的高压直流电源和一个波形发生器。可编程控制单元通过以太网与高压直流单元和波形发生器通信，调节高压直流电源和波形发生器的输出。其中，高压直流电源电压范围为0～6000V，可以满足目前所有的自取能高压IGBT驱动系统的需求。波形发生器用来生成特定要求的波形，比如三角波、方波、正弦波等。高压直流电源和波形发生器在电路上处于串联结构，叠加后产生测试装置用主电源。在本发明实施例中，自取能高压IGBT驱动系统测试装置采用市电供电简单方便。
优选地，电源产生单元，还包括：储能电容，储能电容与高压直流电源并联连接。
在一具体实施例中，该高压直流电源配有一定容量的储能电容C，以补充动态过程中的能量，使得高压直流电源容量大大降低，体积小重量轻。在本发明实施例中，储能电容安装在高压直流电源内部或高压直流电源外部。
优选地，波形调制单元采用半桥结构的IGBT模块。
在一具体实施例中，波形调制单元主要由两个6500V-IGBT串联组成，构成一个半桥的结构，该波形调制单元受控于可编程控制单元，对从电源产生单元输入的电压进行调制输出，工作时串联的两个IGBT互补导通，输出与实际工况一致的电压波形，给被测试的自取能高压IGBT驱动系统供电。
优选地，可编程控制单元自带人机交互接口，人机交互接口与外部控制器的连接形式包括：光纤、双绞线、串口、网线。
在一具体实施例中，可编程控制单元自带人机交互接口，用户通过该人机交互接口对自取能高压IGBT驱动系统测试装置进行设置。具体地，用户根据实际工程项目设置本次测试所需的工况类别，每个工况持续的时间以及每个工况的先后顺序。设置完毕后，用户可以把实际工程测到的波形数据或者仿真所得的波形数据按工况顺序导入到系统中。
优选地，高压直流电源、储能电容C、波形发生器、半桥结构的IGBT模块可以采用高压导线或双绞高压导线等连接方式，独立安装；也可以通过母排设计成一个整体。
实施例2
本发明实施例提供一种自取能高压IGBT驱动系统测试方法，基于上述自取能高压IGBT驱动系统测试装置，自取能高压IGBT驱动系统测试方法，如图3所示，包括如下步骤：
S1：根据实际工程项目设置预设工况模式。
在一具体实施例中，图4为自取能高压IGBT驱动系统测试装置工作流程图。在装置刚开始上电时，整个装置进行一个自检，检查控制系统是否工作正常，检查装置子模块的状态是否正常，所需测试的自取能高压IGBT驱动系统是否就位。
一切准备就绪后，用户根据实际工程项目选择预设工况模式，设置每个工况持续的时间以及每个工况的先后顺序。设置完毕后，用户可以把实际工程测到的波形数据或者仿真所得的波形数据按工况顺序导入到自取能高压IGBT驱动系统测试装置中。
S2：根据预设工况模式生成指令。
在一具体实施例中，S2包括如下步骤：
S21：根据预设工况模式中的波形数据进行傅里叶分解，得到特征波形的占比情况；
S22：根据特征波形的占比情况生成指令。
在本发明实施例中，可编程控制单元对输入的电压波形数据进行傅里叶分解得到特征波形的占比情况，之后可编程控制单元根据特征波形的占比情况生成指令，该指令用于控制高压直流电源输出达到预定值以及用于控制波形发生器生成特征波形。
S3：根据指令，生成预设主电源。
在一具体实施例中，S3包括如下步骤：
S31：控制电源产生单元根据特征波形的占比情况输出预设电源。
S32：控制波形发生器据特征波形的占比情况生成预设特征波形。
S33：将预设电源与预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
在本发明实施例中，可编程控制单元与高压直流电源和波形发生器进行通信，根据特征波形的占比情况，调节高压直流电源和波形发生器的输出，并将高压直流电源输出的预设电源与波形发生器输出的预设特征波形进行叠加，得到测试用的主电源。
S4：判断叠加后生成的预设主电源是否满足预设要求。
S5：当不满足预设要求时，重新调整预设工况模式中的波形数据。
S6：对预设主电源电压进行调制输出预设电压波形。
S7：利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电。
S8：控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
在一具体实施例中，在得到测试用的主电源后，判断合成的主电源是否满足预设要求。如果不满足预设要求，需要适当调整输入的波形数据，直至叠加后生成的预设主电源满足预设要求。如果满足预设要求，直接执行步骤S6。可编程控制单元按照生成的主电源波形，采用设定的开关频率，控制波形调制单元对预设主电源电压进行调制，最终生成所期望的供能电压波形，给被测试的自取能高压IGBT驱动系统供电。
测试用的自取能高压IGBT驱动系统上电后可以通过光纤或者其他形式与可编程控制单元进行通信。用户可以按照工程实际的通信协议，控制自取能高压IGBT驱动系统进行动作，同时按流程验证自取能高压IGBT驱动系统的相应功能，比如：AD采样的功能、保护功能、IGBT开通关断功能、通信功能等。
测试步骤完成后，可以通过外接的打印机打印相应的测试流程和结果，来判断自取能高压IGBT驱动系统在设置的工况和切换条件下是否正常工作。
本发明提供的一种自取能高压IGBT驱动系统测试方法，包括：根据实际工程项目设置预设工况模式；根据预设工况模式生成指令；根据指令，生成预设主电源；对预设主电源电压进行调制输出预设电压波形；利用预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。通过编辑设置自取能高压IGBT驱动系统的输入电压波形，设置各种工况的工作时间和切换动作点，适应不同的工程和项目需要，避免重复开发，不需要搭建实际的工程模块或者样机进行模拟测试，缩短了项目开发的周期，降低了成本。
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。而由此所引申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 (10)
1.一种自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，包括：电源产生单元、波形调制单元及可编程控制单元，其中，
所述电源产生单元，用于根据所述可编程控制单元指令，生成预设主电源，将所述预设主电源输送至所述波形调制单元；
所述波形调制单元，用于根据所述可编程控制单元指令，对从所述电源产生单元输入的主电源电压进行调制输出预设电压波形，利用所述预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；
所述可编程控制单元，用于根据预设工况模式生成指令，将所述指令发送至所述电源产生单元及所述波形调制单元，同时控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
2.根据权利要求1所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，所述电源产生单元，包括：高压直流电源和波形发生器，所述高压直流电源与所述波形发生器均采用市电供电，其中，
所述高压直流电源通过与所述可编程控制单元通信连接，接收所述可编程控制单元通信发送的指令，根据所述指令输出预设电源；
所述波形发生器与所述可编程控制单元通信连接，接收所述可编程控制单元通信发送的指令，根据所述指令生成预设特征波形；
所述高压直流电源与所述波形发生器串联连接，将所述预设电源与所述预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
3.根据权利要求2所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，所述电源产生单元，还包括：储能电容，所述储能电容与所述高压直流电源并联连接。
4.根据权利要求3所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，所述储能电容安装在所述高压直流电源内部或所述高压直流电源外部。
5.根据权利要求1所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，所述波形调制单元采用半桥结构的IGBT模块。
6.根据权利要求2所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，其特征在于，所述可编程控制单元自带人机交互接口，所述人机交互接口与外部控制器的连接形式包括：光纤、双绞线、串口、网线。
7.一种自取能高压IGBT驱动系统测试方法，其特征在于，基于权利要求1-6任一项所述的自取能高压IGBT驱动系统测试装置，所述自取能高压IGBT驱动系统测试方法，包括：
根据实际工程项目设置预设工况模式；
根据所述预设工况模式生成指令；
根据所述指令，生成预设主电源；
对所述预设主电源电压进行调制输出预设电压波形；
利用所述预设电压波形给自取能高压IGBT驱动系统供电；
控制自取能高压IGBT驱动系统执行相应功能，以验证自取能高压IGBT驱动系统的各项功能是否正常。
8.根据权利要求7所述的自取能高压IGBT驱动系统测试方法，其特征在于，所述根据所述预设工况模式生成指令，包括：
根据所述预设工况模式中的波形数据进行傅里叶分解，得到特征波形的占比情况；
根据所述特征波形的占比情况生成指令。
9.根据权利要求8所述的自取能高压IGBT驱动系统测试方法，其特征在于，所述根据所述指令，生成预设主电源，包括：
控制所述电源产生单元根据所述特征波形的占比情况输出预设电源；
控制所述波形发生器据所述特征波形的占比情况生成预设特征波形；
将所述预设电源与所述预设特征波形进行叠加，生成预设主电源。
10.根据权利要求8所述的自取能高压IGBT驱动系统测试方法，其特征在于，执行根据所述指令，生成预设主电源的步骤后，还包括：
判断叠加后生成的预设主电源是否满足预设要求；
当不满足预设要求时，重新调整所述预设工况模式中的波形数据。
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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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