CN202433456U - 一种igbt并联功率单元的测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种IGBT并联功率单元的测试装置，包括：逆变器的输入端连接电源模块，逆变器将电源模块提供的直流电压逆变为幅值与相位均可调节的交流电压；逆变器和被测IGBT功率单元之间连接电抗器；监控主机测试电源模块输出的直流电压和直流电流，还测试逆变器输出的交流电流，根据测试的结果进行过压和过流跳闸保护；同时监测控制系统输出给逆变器和被测IGBT功率单元的PWM驱动信号；控制系统，接收监控主机发送的指令信号，产生相位和幅值均可调的PWM驱动信号给逆变器和被测IGBT功率单元中的各个开关管。本装置实现在不同电压、不同电流、不同功率因数下的IGBT功率单元的工况进行测试。

Description

一种IGBT并联功率单元的测试装置

技术领域

本实用新型涉及电力电子测试技术领域，特别涉及一种IGBT并联功率单元的测试装置。

背景技术

随着市场对兆瓦级大功率变流器需求的与日俱增，变流器中承担变流任务最重要的模块为功率单元模块，现在的IGBT功率单元模块要求具有更大的输出电流，更高的输出功率和更高的功率密度。

大电流输出的IGBT功率单元由于其成品率、需求量、散热及材料工艺等方面的原因，其价格通常都远高于采用较低输出电流的IGBT功率单元并联后的价格。

因此，应用高性价比的IGBT功率单元并联，自制大功率智能模块目前已成为一种趋势。IGBT并联功率单元可降低模块的热集中，使其获得更加均匀的温度梯度分布，较低的平均散热器温度，这有益于提高热循环周次。

目前，对IGBT并联功率单元的测试手段主要有两种：第一种是双脉冲试验；第二种是整机试验。

其中，双脉冲试验对测试驱动电路及IGBT的暂态特性有很大帮助。

而整机试验主要是考验模块在整机中的运行情况。

但对于IGBT功率单元在正弦波工作状况下才能表现出来的性能，以上两种测试手段都不能满足，双脉冲测试装置不能进行正弦电流测试，整机试验装置的使用过于繁琐，并且不方便进行模块内部电路测试。

综上所述，如何测试IGBT并联功率单元的运行状态，是本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种IGBT并联功率单元的测试装置，能够有效测试IGBT并联功率单元的各项性能。

本实用新型提供一种IGBT并联功率单元的测试装置，包括：电源模块、逆变器、电抗器、监控主机和控制系统；

所述逆变器的输入端连接所述电源模块，所述逆变器将所述电源模块提供的直流电压逆变为幅值与相位均可调节的交流电压；

所述逆变器和被测IGBT功率单元之间连接所述电抗器；

所述监控主机测试电源模块输出的直流电压和直流电流，还测试逆变器输出的交流电流，根据测试的结果进行过压和过流跳闸保护；同时监测所述控制系统输出给所述逆变器和被测IGBT功率单元的PWM驱动信号；

所述控制系统，接收所述监控主机发送的指令信号，产生相位和幅值均可调的PWM驱动信号给所述逆变器和被测IGBT功率单元中的各个开关管，以控制各个开关管的开关状态。

优选地，所述电源模块包括：交流电源、变压器和整流桥；

所述变压器将输入的交流电源变换为需要的电压等级；

所述整流桥将所述需要的电压等级整流为直流电输出给所述逆变器。

优选地，所述监控主机还测试所述变压器输出的电压。

优选地，还包括启动模块，该启动模块包括第一接触器、第二接触器和限流电阻；

所述第一接触器与所述限流电阻串联后连接于所述交流电源和变压器之间的通路上；

所述第二接触器连接于所述交流电源和变压器之间的通路上；

该测试装置启动时，所述第一接触器闭合，所述第二接触器断开，所述交流电源通过所述限流电阻为所述变压器提供电源；

该测试装置启动完毕后，所述第一接触器断开，所述第二接触器闭合，所述交流电源直接为所述变压器提供电源。

优选地，所述电抗器包括第一电抗器、第二电抗器；

第一电抗器的第一端和第二电抗器的第一端与逆变器的交流端相连，第一电抗器的第二端和第二电抗器的第二端分别与被测IGBT功率单元的并联的两路IGBT桥臂的交流端相连。

优选地，所述逆变器和被测IGBT功率单元的开关管均设置水冷模块。

优选地，所述交流电源为380V交流电，所述变压器将所述380V交流电变换为690V交流电。

优选地，所述整流桥为三相不控全桥。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

本实用新型提供的IGBT并联功率单元的测试装置，通过设置的监控主机和控制系统，可以完成被测IGBT功率单元的各项性能的测试。其中，监控主机完成各个电压和电流的检测，并根据检测的结果进行过压和过流保护。控制系统根据监控主机发出的指令信号输出PWM驱动信号控制逆变器和被测IGBT功率单元中各个开关管的状态，本装置可以实现在不同电压、不同电流、不同功率因数情况下的IGBT功率单元的工况进行测试。

附图说明

图1是本实用新型提供的IGBT并联功率单元的测试装置模块示意图；

图2是本实用新型提供的IGBT并联功率单元的测试装置结构图；

图3是本实用新型图2对应的主电路图；

图4是本实用新型提供的测试装置产生测试电流的相量原理图。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

参见图1，该图为本实用新型提供的IGBT并联功率单元的测试装置模块示意图。

本实施例提供的IGBT并联功率单元的测试装置，包括：电源模块100、逆变器200、电抗器300、监控主机400和控制系统500；

需要说明的是，该电源模块100可以直接提供直流电，并且电压和电流均可调；例如，该电源模块100可以直接采用直流稳压可调电源。

所述逆变器200的输入端连接所述电源模块100，所述逆变器200将所述电源模块100提供的直流电压逆变为幅值与相位均可调节的交流电压；

所述逆变器200和被测IGBT功率单元600之间连接所述电抗器300；

所述监控主机400测试电源模块100输出的直流电压和直流电流，还测试逆变器200输出的交流电流，根据测试的结果进行过压和过流跳闸保护；同时监测所述控制系统500输出给所述逆变器200和被测IGBT功率单元600的PWM驱动信号；

所述控制系统500，接收所述监控主机400发送的指令信号，产生相位和幅值均可调的PWM驱动信号给所述逆变器200和被测IGBT功率单元600中的各个开关管，以控制各个开关管的开关状态。

具体的，所述监控主机400与所述控制系统500通过CAN接口通信，下发的通信内容包括：开机命令、关机命令、电压幅值调节、电压相位调节；回传的通信内容包括：电压相位、电压幅值、调制比、IGBT状态等。

本实施例提供的装置，通过设置的监控主机和控制系统，可以完成被测IGBT功率单元的各项性能的测试。其中，监控主机完成各个电压和电流的检测，并根据检测的结果进行过压和过流保护。控制系统根据监控主机发出的指令信号输出PWM驱动信号控制逆变器和被测IGBT功率单元中各个开关管的状态，本装置可以实现在不同电压、不同电流、不同功率因数情况下的IGBT功率单元的工况进行测试。

参见图2，该图为本实用新型提供的IGBT并联功率单元的测试装置结构图。

本实施例提供的IGBT并联功率单元的测试装置中，所述电源模块100包括：交流电源AC、变压器T和整流桥100a；

所述变压器T将输入的交流电源变换为需要的电压等级；

所述整流桥100a将所述需要的电压等级整流为直流电输出给所述逆变器200。

需要说明的是，本实施例提供的电源模块100不是直接的直流电源，而是将交流电整流为直流电的。

本实施例提供的整流桥100a优选采用图2所示的三相不控全桥整流桥堆，包括六个二极管。

逆变器200包括两个开关管，如图2所示，该两个开关管的PWM驱动信号由所述控制系统500提供。

连接在逆变器200和被测IGBT功率单元600之间的电抗器提供被测IGBT功率单元600与所述逆变器200之间的交流阻抗。

如图2所示，本实施例中的电抗器包括第一电抗器L1、第二电抗器L2。

第一电抗器L1的第一端和第二电抗器L2的第一端与逆变器200的交流端相连，第一电抗器L1的第二端和第二电抗器L2的第二端分别与被测IGBT功率单元600的并联的两路IGBT桥臂的交流端相连。

需要说明的是，本实施例中的电抗器也可以采用水冷电抗器。

本实施例中，监控主机400的作用是：监测变压器T输出的线电压U_BC和U_AB，还监测整流桥100a输出的直流电压U_DC，以及直流电流I_DC。还用于检测每个电抗器所在的支路的电流I_L1、I_L2和电抗器的总电流I_L。监控主机400根据监测的各个电压和电流判断是否过压和过流，当过压和过流时，进行跳闸保护。

同时，监控主机400还用于检测控制系统500输出给逆变器200和被测IGBT功率单元600的PWM驱动信号，以判断控制系统500输出的PWM驱动信号和监控主机400下发的指令信号中的PWM驱动信号是否一致。

需要说明的是，检测电抗器的总电流I_L目的是判断被测IGBT功率单元600是否能达到规定的额定电流值；检测每个电抗器所在的支路的电流I_L1、I_L2是为了检测被测IGBT功率单元600中并联的两路IGBT桥臂是否满足均流的要求。

所述逆变器200和被测IGBT功率单元600的开关管均设置水冷模块。

参见图3，该图为图2对应的主电路图。

本实施例提供的是图2对应的主电路图，其中监控主机和控制系统在图3中没有示出。

图3所示的IGBT并联功率单元的测试装置，还包括启动模块，该启动模块包括第一接触器K1、第二接触器K2和限流电阻(三相的R1、R2和R3)；

所述第一接触器K1与所述限流电阻(R1、R2和R3)串联后连接于所述交流电源AC和变压器T之间的通路上；

所述第二接触器K2连接于所述交流电源AC和变压器T之间的通路上；

该测试装置启动时，所述第一接触器K1闭合，所述第二接触器K2断开，所述交流电源AC通过所述限流电阻(R1、R2和R3)为所述变压器T提供电源；

该测试装置启动完毕后，所述第一接触器K1断开，所述第二接触器K2闭合，所述交流电源AC直接为所述变压器T提供电源。

需要说明的是，该启动模块的主要作用是防止启动时，电流冲击太大，通过限流电阻后，可以减小上电电流的冲击，当上电电压达到设定值以后，K1断开，K2闭合，完成启动过程。

需要说明的是，本实施例中的变压器T优选采用角-星接法。当交流电源为380V时，后级需要的电压等级为690V，则所述变压器T需要将所述380V交流电变换为690V交流电供后级使用。

下面结合附图对本实用新型提供的测试装置的工作原理进行说明。

参见图4，该图为本实用新型提供的测试装置产生测试电流的相量原理图。

设逆变器200输出的电压为U₁，被测IGBT功率单元600输出的电压为U₂，通过调节两个电压U₁和U₂间的相位与幅值，达到控制逆变器200和被测IGBT功率单元600间电压，进而控制电流的目的，从而实现在不同电压、不同电流波形、不同功率因数情况下的各个性能指标的测试。

例如，设在整流桥前变压器的输出电压为700V时，两侧电压均调制到最大幅值，则通过计算可以得到，在两个电压相位相差为90°时，其功率因数最大，在此工况下确定图4所示的电抗器的参数，若需要为2000A的测试电流时：

$Z_{(L1//L2)}=\frac{U1-U2}{2000}=\frac{700*\sqrt{2}}{2000}=0.5\mathrm{\Ω}$

$L1//L2=\frac{Z}{2\mathrm{\πf}}=\frac{0.5\mathrm{\Ω}}{2*3.14*50}=1.6\mathrm{mH}$

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制。虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本实用新型技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，包括：电源模块、逆变器、电抗器、监控主机和控制系统；

所述逆变器的输入端连接所述电源模块，所述逆变器将所述电源模块提供的直流电压逆变为幅值与相位均可调节的交流电压；

所述逆变器和被测IGBT功率单元之间连接所述电抗器；

所述监控主机测试电源模块输出的直流电压和直流电流，还测试逆变器输出的交流电流，根据测试的结果进行过压和过流跳闸保护；同时监测所述控制系统输出给所述逆变器和被测IGBT功率单元的PWM驱动信号；

所述控制系统，接收所述监控主机发送的指令信号，产生相位和幅值均可调的PWM驱动信号给所述逆变器和被测IGBT功率单元中的各个开关管，以控制各个开关管的开关状态。

2.根据权利要求1所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述电源模块包括：交流电源、变压器和整流桥；

所述变压器将输入的交流电源变换为需要的电压等级；

所述整流桥将所述需要的电压等级整流为直流电输出给所述逆变器。

3.根据权利要求2所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述监控主机还测试所述变压器输出的电压。

4.根据权利要求2或3所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，还包括启动模块，该启动模块包括第一接触器、第二接触器和限流电阻；

所述第一接触器与所述限流电阻串联后连接于所述交流电源和变压器之间的通路上；

所述第二接触器连接于所述交流电源和变压器之间的通路上；

该测试装置启动时，所述第一接触器闭合，所述第二接触器断开，所述交流电源通过所述限流电阻为所述变压器提供电源；

该测试装置启动完毕后，所述第一接触器断开，所述第二接触器闭合，所述交流电源直接为所述变压器提供电源。

5.根据权利要求1所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述电抗器包括第一电抗器、第二电抗器；

第一电抗器的第一端和第二电抗器的第一端与逆变器的交流端相连，第一电抗器的第二端和第二电抗器的第二端分别与被测IGBT功率单元的并联的两路IGBT桥臂的交流端相连。

6.根据权利要求1所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述逆变器和被测IGBT功率单元的开关管均设置水冷模块。

7.根据权利要求2或3所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述交流电源为380V交流电，所述变压器将所述380V交流电变换为690V交流电。

8.根据权利要求2所述的IGBT并联功率单元的测试装置，其特征在于，所述整流桥为三相不控全桥。

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