CN204832440U - 一种igbt串并联测试系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种IGBT串并联测试系统，包括主测试电路和控制电路，主测试电路包括直流电源，直流电源通过启动开关K1连接直流母线，正负直流母线之间设有用于接入串联或并联IGBT线路的接线端子，正负直流母线之间还连接有一个电容器支路，接线端子并联一个泄放支路，泄放支路由泄放电阻和泄放开关K2构成；控制电路包括主控制板和光纤收发板，主控制板连接光纤收发板，光纤收发板用于控制连接IGBT。该测试系统能够同时测试多个IGBT的性能的好坏，而且通过IGBT之间的连接关系能够分别得出IGBT的两种性能的分析结果——串联不均压度和并联不均流度。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT串并联测试系统，属于IGBT性能检测技术领域。
背景技术
随着VSC-HVDC、高压大功率变频器、兆瓦级变流器的需求和应用不断增加，IGBT串联、并联技术成为应用和研究的热点。在VSC-HVDC应用领域，两电平电压源换流器IGBT串联阀桥臂、高压直流断路器电力电子开关中IGBT串联阀的电压等级均在几十KV以上，而目前IGBT最高电压等级只有6.5kV，在此情况下，就需要使用若干个IGBT进行串联来提高电压等级。MW级的变流器输出电流一般在几KA，而电压等级在3300V以上的IGBT电流容量最大为1500A，功率单元需要若干个IGBT并联进行均流。而IGBT个体的差异、IGBT驱动器的差异及外围应用电路的不同，均会造成IGBT串联不均压、并联不均流，这些成为VSC-HVDC、高压变频器、大功率变流器研究及产品制造单位必需要面临的问题。目前应用的IGBT测试系统，大多针对单个IGBT进行测试等，仅关注单个IGBT模块的稳态、暂态特性、损耗及驱动器的工作特性，但不能够进行多个IGBT高电压串联测试、IGBT大电流并联测试。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种IGBT串并联测试系统，用以解决目前的IGBT测试系统不能满足多个IGBT同时进行串并联测试的问题。
为实现上述目的，本实用新型的方案包括一种IGBT串并联测试系统，包括主测试电路和控制电路，所述主测试电路包括直流电源，直流电源通过启动开关K1连接直流母线，正负直流母线之间设有用于接入串联或并联IGBT线路的接线端子，所述正负直流母线之间还连接有一个电容器支路，所述电容器支路是一个电容器或者至少两个依次串联的电容器，所述接线端子并联一个泄放支路，所述泄放支路由泄放电阻和泄放开关K2构成；所述控制电路包括主控制板和光纤收发板，所述主控制板连接所述光纤收发板，所述光纤收发板用于控制连接所述IGBT，所述主控制板上设有用于采样连接一个电压传感器的采样信号输入端口，所述电压传感器用于测试所述电容器支路两端的电压，所述主控制板上还设有用于控制连接所述启动开关K1和泄放开关K2的控制信号输出端口。
所述电容器支路中的每个电容器均并联有一个均压电阻。
所述接线端子与所述串联或并联IGBT线路之间的线路上串接有一个电感，所述电感并联有一个续流二极管。
所述串联或并联IGBT线路设在一个加热板上，所述加热板连接一个加热控制装置，所述加热控制装置包括温控器、温度传感器和加热开关，所述温度传感器设置在加热板上，所述加热开关串设在所述加热板的其中一个供电线路上，所述温控器采样连接所述温度传感器，控制连接所述加热开关。
所述主控制板连接所述温控器。
所述测试系统还包括示波器，所述光纤收发板连接所述示波器。
所述测试系统还包括工控机，所述工控机连接所述主控制板和所述示波器。
本实用新型提供的IGBT串并联测试系统，通过过个IGBT之间串联或者并联，每个IGBT均配套一个检测模块，当IGBT之间为串联关系时，可以检测每个IGBT两端的电压，通过分析能够得出IGBT串联的不均压度；当IGBT之间为并联关系时，可以检测每个IGBT中流过的电流，通过分析能够得出IGBT并联的不均流度。所以，该测试系统能够同时测试多个IGBT的串联、并联性能的好坏，而且通过两种IGBT之间的连接关系能够分别得出IGBT的两种性能的分析结果——串联不均压度和并联不均流度。
附图说明
图1是IGBT串并联测试系统的整体结构示意图；
图2是IGBT串并联测试电路图；
图3是IGBT驱动电路图；
图4是温度加热单元的结构原理图；
图5是控制装置与其他器件的控制原理图；
图6是IGBT测试的流程图；
图7是IGBT串联时静态不均压度计算流程图；
图8是IGBT串联时动态不均压度计算流程图；
图9是IGBT并联时静态不均流度计算流程图；
图10是IGBT并联时动态不均流度计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。
如图1所示，IGBT串并联测试系统包括测试平台、控制装置、示波器和工控机。
测试平台为IGBT模组的测试提供硬件基础，包括测试电路、IGBT驱动供电电路、温度加热单元。
如图2所示，测试电路包括高压直流电源DY、限流电阻R1、充电控制接触器K1、储能电容C1、C2、C3、C4、C5、C6(电容的个数根据具体情况设置，还可以只是一个)，均压电阻R3、R4、R5、R6、R7、R8，均压电阻与储能电容对应并联连接。放电控制接触器K2，泄放电阻R2，多触头可调电感L1、续流二极管D1、IGBT模组。储能电容C1、C2、C3、C4、C5、C6依次串联，这六个电容器组成一个电容器串联支路，该电容器串联支路连接在高压直流电源DY的两端，充电控制接触器K1串设在高压直流电源DY的其中一端上。放电控制接触器K2和泄放电阻R2组成一个泄放支路，该泄放支路与电容器串联支路并联。IGBT模组构成的待测支路与电容器串联支路并联，IGBT模组为n个IGBT组成的串联线路或者并联线路。IGBT模组中的连接线路根据具体的检测情况进行具体的IGBT的连接。多触头可调电感L1串设在IGBT模组构成的待测支路上，续流二极管D1与该多触头可调电感L1并联。
IGBT驱动电路用于驱动IGBT模组，如图3所示，该驱动电路n个驱动单元，每个驱动单元均包括隔离变压器TR、电源板DYB和驱动板QD，也就是说，驱动单元的个数与IGBT的个数相同，且一一对应。
如图4所示，温度加热单元包括温控器TC、温度传感器TS、固态继电器SSR和加热板。IGBT模组设在加热板上，温度传感器也设置在加热板上，用于实时检测加热板的温度；固态继电器SSR相当于一个控制开关，其开关触点串设在加热板的其中一个供电线路上，温控器采样连接温度传感器TS，控制连接固态继电器SSR的控制线圈。控制装置中的主控制板连接该温控器TC。
控制装置为该IGBT串并联测试系统的控制核心，它主要完成采样信号的输入处理、驱动信号的输出控制、IGBT模组的光纤触发信号的发出。如图5所示，该控制装置包括主控制板MB、光纤收发板FTB1、光纤收发板FTB2，其中，光纤收发板FTB1通过驱动板控制连接对应的IGBT，光纤收发板FTB1用于当IGBT模组中的IGBT串联时，给各个IGBT发送光纤触发信号；光纤收发板FTB2通过驱动板控制连接对应的IGBT，光纤收发板FTB2用于当IGBT模组中的IGBT并联时，给各个IGBT发送光纤触发信号。该控制装置中的主控制板MB控制连接充放电控制接触器K1、K2，能够控制K1和K2的通断。
当IGBT模组中的IGBT依次串联时，检测每个IGBT两端的电压，示波器显示每个IGBT两端的电压值；当IGBT模组中的IGBT并联时，检测每个IGBT流过的电流，示波器显示流过每个IGBT的电流。
工控机提供一个基于VC++的后台软件，通过后台软件用户可以进行选择不同的测试事项(串联均压测试、并联均流测试、单脉冲测试、双脉冲测试等)、获取测试波形、分析测试结果、提出优化方案等。工控机连接控制装置和示波器。工控机向控制机箱主控板MB发送控制指令，主控板MB处理后，给出合适的动作指令控制测试平台自动测试。
图6所示为IGBT测试的流程图。在进行IGBT检测时，首先依据测试内容(串联测试或并联测试)，调整测试平台中的IGBT模组中的各个IGBT的连接方式(当进行串联测试时，各个IGBT串联连接；当进行并联测试时，各个IGBT并联连接)。连接控制装置与IGBT模组的通讯触发光纤，同时给IGBT驱动板供电电源上电。
工控机中的后台软件设定测试平台电压，主控制板控制充电接触器K1闭合，高压直流电源DY通过限流电阻R1给储能电容器组充电，在储能电容器组的两端并联一个电压互感器，主控制板采样连接该电压互感器。该电压互感器用于实时检测电容器组的电压值，当电容器组两端的电压值达到充电电压设定值时，控制接触器K1断开。
通过工控机对示波器进行示波器的标尺、时间轴、触发方式的设置，然后工控机选择测试方式，确定后，将控制信息发送给主控制板，主控制板通过光纤收发板给IGBT发送触发控制信号。
IGBT触发后，电容器组通过可调电感L1为IGBT模组放电，测试回路有电流流过。当进行串联测试时，检测每个IGBT的C、E两端的电压值，示波器显示电压波形；工控机获取示波器中的波形信息，并读取信息上的电压值，根据获取的电压值信息分析IGBT串联的不均压度，并同时给出串联测试的优化方案；当进行并联测试时，检测流过每个IGBT的电流值，示波器显示电流波形；工控机获取示波器中的波形信息，并读取信息上的电流值，根据获取的电流信息分析IGBT并联的不均流度，并同时给出并联测试的优化方案。图7至图10是IGBT的4种测试情况，图7是IGBT串联时静态不均压度计算流程图；图8是IGBT串联时动态不均压度计算流程图；图9是IGBT并联时静态不均流度计算流程图；图10是IGBT并联时动态不均流度计算流程图。
可以从以下几个方面给出优化方案：
1、IGBT自身参数：
从IGBT饱和压降VCE、工作结温Tvj、阀值电压VGEth提出优化，建议采用相同的芯片技术、模块型号、生产批次。
2、驱动参数：
从门级驱动电阻、门级驱动电容、驱动线路几方面提出优化，如驱动线路尽量短，降低驱动回路的寄生电感值，减少驱动回路的传输延时差。
3、功率连接线的电感量：
从结构布局，功率线连接方式提出优化，如采用母排结构，使具有相同的功率路径。并联线路的对称性和一致性，确保相同的杂散电感值。
测试结束后，工控机发出放电指令，主控制板控制放电接触器K2闭合，对储能电容器组剩余的电能进行泄放，保证测试平台电压在安全电压以下。
另外，在测试时，如果需要测试IGBT在不同温度环境下的性能，工控机设定温度值，并启动温控器TC，温度传感器TS检测加热板温度，温控器TC通过固态继电器SSR对加热板进行温度控制。
该测试装置可以灵活的调整测试回路的电路参数：改变测试电压等级，满足600V、1200V、1700V、3300V、4500V等不同电压等级的IGBT测试需求；和方便调整测试电路中的电感量，改变测试电路中电流；便于改变测试温度，验证在不同温度条件下的测试效果等等。
上述实施例中，测试系统中涉及到两个能够进行控制的装置：工控机和控制装置，其中工控机对整个测试系统进行控制，作为其他的实施例，工控机和控制装置可以合二为一，也就是说，只要控制装置中设置有相应的控制程序，那么只使用控制装置也能够实现对整个测试系统的控制。
上述实施例中，使用示波器进行电压和电流波形的显示，作为其他的实施例，不使用示波器，控制装置或者工控机也可以直接对采集到的数据进行分析和处理，做出不均压度和不均流度的分析。
以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本实用新型的保护范围内。
Claims (7)
1.一种IGBT串并联测试系统，其特征在于，包括主测试电路和控制电路，所述主测试电路包括直流电源，直流电源通过启动开关K1连接直流母线，正负直流母线之间设有用于接入串联或并联IGBT线路的接线端子，所述正负直流母线之间还连接有一个电容器支路，所述电容器支路是一个电容器或者至少两个依次串联的电容器，所述接线端子并联一个泄放支路，所述泄放支路由泄放电阻和泄放开关K2构成；所述控制电路包括主控制板和光纤收发板，所述主控制板连接所述光纤收发板，所述光纤收发板用于控制连接所述IGBT，所述主控制板上设有用于采样连接一个电压传感器的采样信号输入端口，所述电压传感器用于测试所述电容器支路两端的电压，所述主控制板上还设有用于控制连接所述启动开关K1和泄放开关K2的控制信号输出端口。
2.根据权利要求1所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述电容器支路中的每个电容器均并联有一个均压电阻。
3.根据权利要求1所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述接线端子与所述串联或并联IGBT线路之间的线路上串接有一个电感，所述电感并联有一个续流二极管。
4.根据权利要求1所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述串联或并联IGBT线路设在一个加热板上，所述加热板连接一个加热控制装置，所述加热控制装置包括温控器、温度传感器和加热开关，所述温度传感器设置在加热板上，所述加热开关串设在所述加热板的其中一个供电线路上，所述温控器采样连接所述温度传感器，控制连接所述加热开关。
5.根据权利要求4所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述主控制板连接所述温控器。
6.根据权利要求1所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括示波器，所述光纤收发板连接所述示波器。
7.根据权利要求6所述的IGBT串并联测试系统，其特征在于，所述测试系统还包括工控机，所述工控机连接所述主控制板和所述示波器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |