CN203299327U

CN203299327U - Igbt模块的短路试验装置

Info

Publication number: CN203299327U
Application number: CN2013203951673U
Authority: CN
Inventors: 孙谋; 任岩; 杨峰; 潘勇; 付学章; 刘荆飞
Original assignee: THREE GORGES NENGSHIDA ELECTRIC CO Ltd
Current assignee: THREE GORGES NENGSHIDA ELECTRIC CO Ltd
Priority date: 2013-07-04
Filing date: 2013-07-04
Publication date: 2013-11-20
Anticipated expiration: 2023-07-04

Abstract

一种IGBT模块的短路试验装置，其特征是：该装置的电路结构包括充电回路、保护回路、电容器、一相IGBT桥臂、控制系统、IGBT散热器，所述充电回路给通过输出端所连接的所述电容器充电，所述保护回路与所述电容器并联，给所述电容器放电，包含被测IGBT的所述一相IGBT桥臂经过直流母排与所述电容器并联，所述IGBT驱动器、保护回路由以处理器为核心的控制系统连接控制。本实用新型试验电路简单、试验方法可靠、测试风险低，可以获取在短路保护发生时的特性，从而为综合评估IGBT驱动、直流母排以及短路保护电路提供参考和依据，解决了高电压、大电流IGBT模块的应用问题。

Description

IGBT模块的短路试验装置

技术领域

本实用新型涉及半导体器件测试装置，具体说是一种IGBT模块的短路试验装置。

背景技术

电力电子器件的产生与不断发展是电力电子技术产生与发展的基础，80年代末期和90年代初期发展起来的以Power MOSFET和IGBT为代表的高频全控型电力电子器件，进一步推动了电力电子技术由传统发展阶段进入现代电力电子时代。

绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor,IGBT）具有高耐压、高可靠性、高开关频率、低驱动功率、低饱和压降等优点，在现代电力电子技术中起到了至关重要的作用。

在实际电路系统中，IGBT面临着多种失效因素：过压、过热、过流、短路等，其中大部分的IGBT模块的失效是由于短路保护不及时造成的，IGBT短路保护的性能又与IGBT驱动、直流母排的性能息息相关，在设计IGBT短路保护功能时，最好的办法是通过短路试验观察短路过程中的一些关键数据，来综合评估IGBT驱动、直流母排等的性能。然而目前对于高压大容量的IGBT模块还缺少简单、可靠的短路保护测试方法，特别是一类短路测试。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种IGBT模块的短路试验装置，提供对IGBT模块的一类短路测试。

所述IGBT模块的短路试验装置，其特征是：该装置的电路结构包括充电回路、保护回路、电容器、一相IGBT桥臂、控制系统、IGBT散热器，所述充电回路给通过输出端所连接的所述电容器充电，所述保护回路与所述电容器并联，给所述电容器放电，包含被测IGBT的所述一相IGBT桥臂经过直流母排与所述电容器并联，所述一相IGBT桥臂的两只IGBT由二者的栅极所分别连接的IGBT驱动器驱动，所述IGBT驱动器、保护回路由以处理器为核心的控制系统连接控制，用于控制所述保护回路的放电切入、控制所述IGBT驱动器的配合测试信号的发出，和记录测试过程。

作为一种实施例，在所述电容器放电到一相IGBT桥臂的主回路中接有电流互感器，所述电流互感器的输出端接入所述处理器内置的A/D转换器端口之一或通过外接的A/D转换器端口之一连接到所述处理器，用于测试放电过程中的放电电流。

以所述一相IGBT桥臂的下桥臂IGBT作为试验对象，在所述下桥臂IGBT的集电极和发射极之间并联电压传感器，所述电压传感器的一对输出端接入所述处理器内置的A/D转换器的一个端口或通过外接的A/D转换器一个端口连接到所述处理器，用于测试放电过程中的放电电压变化。

作为实施例，所述IGBT驱动器的控制端与所述处理器的PWM输出接口连接，或者与所述处理器的模拟PWM输出信号的端口连接，以精确控制导通时间在允许范围内测试IGBT模块的短路状态。

作为实施例，所述充电回路包括依次连接的交流电源、充电开关、调压器、变压器、整流桥、限流电阻。

作为实施例，所述保护回路包括串联连接的保护开关和放电电阻。

作为一种优化方案，所述保护开关是常开继电开关，相应的控制线包通过隔离光耦控制得电，所述隔离光耦由所连接的所述处理器控制。

大功率IGBT模块的测试通常采用全功率运行试验，试验回路较复杂，采用本实用新型提出的短路试验装置及由此装置基础上的试验方式，实现在IGBT模块在发生一类短路故障时，对IGBT驱动、直流母排、保护电路等的考核，实验中的单脉冲宽度可以调节，在确保器件安全的情况下，脉冲宽度由窄到宽逐渐放大，直至达到确保在发生短路故障时，短路保护电路能有效起到保护作用之后。

本实用新型提供了一种IGBT模块短路试验短路试验装置及由此装置基础上的试验方法，试验电路简单、试验方法可靠、测试风险低，可以获取在短路保护发生时的特性，从而为综合评估IGBT驱动、直流母排以及短路保护电路提供参考和依据，解决了高电压、大电流IGBT模块的应用问题。

附图说明

图1是本实用新型电路原理图实施例，

图2是短路试验的流程图。

图中：1—交流电源，2—充电开关，3—调压器，4—变压器，5—整流桥，6—限流电阻，7—保护控制继电器线包，8—保护开关，9—放电电阻，10—电容器，11—IGBT驱动器，12—上桥臂，13—下桥臂，14—电流互感器，15—处理器，16—隔离光耦，17—保护回路，18—一相IGBT桥臂，19—充电回路，20—电压传感器。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进一步说明：如图1中所示，所述IGBT模块的短路试验装置，该装置的电路结构包括充电回路19、保护回路17、电容器10、一相IGBT桥臂18、控制系统、IGBT散热器，所述充电回路19给通过输出端所连接的所述电容器10充电，所述保护回路17与所述电容器10并联，给所述电容器10放电，包含被测IGBT的所述一相IGBT桥臂18经过直流母排与所述电容器10并联，所述一相IGBT桥臂18的两只IGBT由二者的栅极所分别连接的IGBT驱动器11驱动，所述IGBT驱动器11、保护回路17由以处理器15为核心的控制系统连接控制，用于控制所述保护回路17的放电切入、控制所述IGBT驱动器11的配合测试信号的发出，和记录测试过程。

作为一种实施例，在所述电容器10放电到一相IGBT桥臂18的主回路中接有电流互感器14，所述电流互感器14的输出端接入所述处理器15内置的A/D转换器端口之一或通过外接的A/D转换器端口之一连接到所述处理器15，用于测试放电过程中的放电电流。以所述一相IGBT桥臂18的下桥臂IGBT作为试验对象，在所述下桥臂IGBT的集电极和发射极之间并联电压传感器20，所述电压传感器20的一对输出端接入所述处理器15内置的A/D转换器的一个端口或通过外接的A/D转换器一个端口连接到所述处理器15，用于测试放电过程中的放电电压变化。

作为实施例，所述IGBT驱动器11的控制端与所述处理器15的PWM输出接口连接，或者与所述处理器15的模拟PWM输出信号的端口连接，以精确控制导通时间在允许范围内测试IGBT模块的短路状态。

作为实施例，所述充电回路19包括依次连接的交流电源1、充电开关2、调压器3、变压器4、整流桥5、限流电阻6。

作为实施例，所述保护回路17包括串联连接的保护开关8和放电电阻9。作为优化方案，所述保护开关8是常开继电开关，相应的控制线包通过隔离光耦16控制得电，所述隔离光耦16由所连接的所述处理器15控制。

如图2，具体实验方法为：包括以下步骤：

（1）确定实验电路；

确定合适的电路结构，使其模拟IGBT模块的实际工作状态；

（2）根据实验电路确定单PWM脉冲的宽度；

一般IGBT模块都能承受一定时间（ts）内的短路故障，为了防止误动作，IGBT短路保护一般会在IGBT导通一定时间（tp）后才开始动作，因此第一次短路试验，为了安全考虑最好设置单PWM脉冲时间大于tp小于ts。

（3）按照试验电路进行正确接线；

根据试验电路进行接线，确认接线无误后连接上电源，从而确保试验安全。

（4）封锁IGBT模块的脉冲宽度调制PWM脉冲

封锁一相IGBT桥臂上的所有IGBT的触发脉冲；

（5）给直流电容器充电到额定值；

合上开关，缓慢调节调压器，通过整流桥和限流电阻向直流电容器充电，直至达到直流电容器的额定值；

（6）断开充电回路；

当直流电容器达到额定值后，电容电压基本保持不变，将充电回路断开；

（7）短路测试；

给TI发送持续导通信号，给T2发送适合宽度的一个单触发脉冲，这样就模拟了一个实际的短路事故；

（8）观察短路时刻的电压和电流数据；如果所有数据显示短路保护及时，IGBT模块关断时的脉冲电压均在安全电压范围之内，IGBT模块完好无损，则试验电路断电；

（9）试验结束。

以下通过具体实施例对利用本实用新型装置的测试方法进行详细的描述。双脉冲测试平台电路实施例如图1所示，试验电路为一相IGBT桥臂，被测IGBT型号为FZ2400R17KE3。用有源差分高压探头测量Vce电压，用普通探头测量Vge电压，用罗氏线圈电流探头测量管子电流。

设定直流母线电压为1200V。

具体实验步骤为：

（1）按照试验电路图1进行试验回路接线；

（2）控制T1、T2管始终处于封锁状态；

（3）假设电容器很大，对直流电容器充电到额定值1200V，充电完毕后电容电压基本保持不变；

（4）断开整流充电回路；

（5）给IGBT模块（T1）发送持续导通信号，给被测IGBT模块（T2）发宽度为10us的单PWM脉冲，使T2导通10us。

（6）观察测量的Vce、Vge以及电流波形，看IGBT短路保护动作是否发生，且关断时Vce的电压是否在安全电压范围之内，如果IGBT短路保护动作已经发生，且关断时Vce的电压也在安全范围内，则加大T2的单脉冲宽度，重复步骤（2）～（5）；

（7）被测IGBT模块经受了短路的过程后，保护动作可以及时发生，且Vce一直都在安全电压范围内，模块完好无损，则试验电路断电；

（8）至此，短路试验结束。

Claims

1.一种IGBT模块的短路试验装置，其特征是：该装置的电路结构包括充电回路（19）、保护回路（17）、电容器（10）、一相IGBT桥臂（18）、控制系统、IGBT散热器，所述充电回路（19）给通过输出端所连接的所述电容器（10）充电，所述保护回路（17）与所述电容器（10）并联，给所述电容器（10）放电，包含被测IGBT的所述一相IGBT桥臂（18）经过直流母排与所述电容器（10）并联，所述一相IGBT桥臂（18）的两只IGBT由二者的栅极所分别连接的IGBT驱动器（11）驱动，所述IGBT驱动器（11）、保护回路（17）由以处理器（15）为核心的控制系统连接控制，用于控制所述保护回路（17）的放电切入、控制所述IGBT驱动器（11）的配合测试信号的发出，和记录测试过程。

2.根据权利要求1所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：在所述电容器（10）放电到一相IGBT桥臂（18）的主回路中接有电流互感器（14），所述电流互感器（14）的输出端接入所述处理器（15）内置的A/D转换器端口之一或通过外接的A/D转换器端口之一连接到所述处理器（15），用于测试放电过程中的放电电流。

3.根据权利要求1所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：以所述一相IGBT桥臂（18）的下桥臂IGBT作为试验对象，在所述下桥臂IGBT的集电极和发射极之间并联电压传感器（20），所述电压传感器（20）的一对输出端接入所述处理器（15）内置的A/D转换器的一个端口或通过外接的A/D转换器一个端口连接到所述处理器（15），用于测试放电过程中的放电电压变化。

4.根据权利要求1所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：所述IGBT驱动器（11）的控制端与所述处理器（15）的PWM输出接口连接，或者与所述处理器（15）的模拟PWM输出信号的端口连接，以精确控制导通时间在允许范围内测试IGBT模块的短路状态。

5.根据权利要求1所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：所述充电回路（19）包括依次连接的交流电源（1）、充电开关（2）、调压器（3）、变压器（4）、整流桥（5）、限流电阻（6）。

6.根据权利要求1所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：所述保护回路（17）包括串联连接的保护开关（8）和放电电阻（9）。

7.根据权利要求6所述的IGBT模块的短路试验装置，其特征是：所述保护开关（8）是常开继电开关，相应的控制线包通过隔离光耦（16）控制得电，所述隔离光耦（16）由所连接的所述处理器（15）控制。