CN206132891U - 一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种变流器功率模块智能测试装置，其包括DSP芯片作为主控芯片，控制外围电路完成对待测功率模块的进行测试。外围电路包括电压和电流采样电路、PWM脉冲输出电路、光电转换电路和充电回路。DSP芯片控制充电回路对待测功率模块的直流电容进行充电，然后输出控制待测功率模块内部IGBT器件的驱动信号，控制功率模块输出期望的电流，验证其散热性能；本实用新型的测试装置能充分利用DSP芯片本身的功能自动对待测功率模块进行驱动脉冲测试、温升实验等测试，本实用新型配有内置过流、过压保护功能，减少人工干预、提高工作效率。

Description

一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置

技术领域

本实用新型属于智能测试技术领域，具体而言，本实用新型涉及一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置。

背景技术

电力电子技术在大功率转换领域得到广泛应用，例如静止式岸电装置、高压大容量无功补偿系统等，应用领域已经涉及到低压小容量到高压大容量的领域。在高电压等级、大容量应用场合，电力电子装置通常做成若干个功率单元，根据电压等级和容量大小决定采用的串、并联的功率模块的个数。大功率电力电子装置的功率模块离主控制器比较远，且长期处于强磁场环境中，为提高抗干扰能力，其开关器件的驱动信号通常采用光纤传送。大功率模块通常要输出数百安培的电流，长期的热量积累会使得模块内温度升高，长期处于散热不良的环境中会加速模块内各个器件的老化过程，降低其绝缘性能，因此，在变流器投运之前必须对功率模块做满功率实验，验证其散热系统的性能。

大功率变流器采用分层控制的架构，如果用变流器主控制器对功率模块进行满功率实验，需要修改的程序过多，接线过程过于繁琐，而且容易误操作，造成功率模块或其它实验设备损坏。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，以至少解决现有技术中存在的功率模块测试效率低的技术问题。

为了解决上述问题，本实用新型提供一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其技术方案如下：

一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，包括充电回路，用于对待测功率模块的直流电容进行充电；电压和电流采样电路，与所述充电回路相连，对所述充电回路输入侧的交流电压、交流电流和输出侧的直流电压、直流电流进行采样；DSP芯片，与所述电压和电流采样电路相连，获得控制所述待测功率模块内部IGBT器件的PWM脉冲信号，还与所述充电回路相连，控制所述充电回路向待测功率模块充电；PWM脉冲输出电路，与所述DSP芯片相连，传输PWM脉冲信号；和光电转换电路，与所述PWM脉冲输出电路相连，将PWM脉冲信号转换为光信号，通过光纤传给待测功率模块。

如上述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，进一步优选为：所述充电回路包括三相整流桥，在所述三相整流桥的三相交流输入侧设有三个继电器，在所述三相整流桥的直流输出侧的正负极分别串接一个功率电阻和一个继电器；所述DSP芯片控制所述三相整流桥的五个所述继电器的启闭。

如上述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，进一步优选为：所述三相交流输入侧与电网的三相电压一一对应相连。

如上述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，进一步优选为：还包括上位机，所示上位机通过RS485接口电路与所述DSP芯片进行通信。

本实用新型装置与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：设计合理，充电回路的继电器由DSP芯片控制，实现充电流程自动控制，使人体和高压、大电流设备相隔离。充电回路中设置限流电阻，限制通过整流桥的电流。当装置输出的电压、电流超过设定的阈值时可断开充电回路的断电器，提高装置和待测功率模块的安全性。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置的原理图。

图2为本实用新型优选实施例的充电回路的电气原理图。

图3为本实用新型优选实施例的待测功率模块的电气原理图。

图4为本实用新型优选实施例的PWM脉冲输出电路的驱动信号示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。

如图1、图2、图3和图4所示，本实用新型优选实施例的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其主要包括：充电回路1，与待测功率模块3相连，用于对待测功率模块3的直流电容进行充电；电压和电流采样电路2，与充电回路1相连，用于对充电回路1输入侧的交流电压、交流电流和输出侧的直流电压、直流电流进行采样；DSP(数字信号处理，Digital Signal Processing)芯片4，与电压和电流采样电路2相连，用于获得控制待测功率模块3内部IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极型晶体管)器件的PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)脉冲信号，还与充电回路1连接，控制充电回路1向待测功率模块3充电；PWM脉冲输出电路5，与DSP芯片4相连，用于生成PWM脉冲信号；和光电转换电路6，与PWM脉冲输出电路5相连，用于将PWM脉冲信号转换为光信号，通过光纤61传给待测功率模块3；测试时，在PWM脉冲信号的控制下，待测功率模块3输出测试电流值，经过一段时间的运行后，待测功率模块3内部的散热片温度上升并达到一个稳定值，则可以根据此时的温度值对待测功率模块3的散热性能进行判定。

总而言之，本实用新型提供的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置为待测功率模块单独配置DSP芯片4并将该芯片作为主控芯片，应用于需要对变流器功率模块的散热性能进行测试的场合，本实用新型的DSP芯片4控制外围电路完成对待测功率模块3的测试，避免了因采用变流器主控制器对待测功率模块3进行散热性能测试时，带来的修改复杂，接线过程繁琐，操作易失误、损坏设备等现象的发生。外围电路包括电压和电流采样电路2、PWM脉冲输出电路5、光电转换电路6、充电回路1。DSP芯片4控制充电回路1对待测功率模块3的直流电容进行充电，然后输出控制待测功率模块3内部IGBT器件(如图3中的Ga1、Ga2、Gb1、Gb2、Gc1、Gc2、)的驱动信号(即PWM脉冲信号)，依次经PWM脉冲输出电路5和光电转换电路6处理后，通过光纤61传给IGBT器件，然后控制待测功率模块3输出期望的电流，验证其散热性能。本实用新型的测试装置能充分利用DSP芯片4本身的功能自动对待测功率模块3进行驱动脉冲测试(由于IGBT器件由PWM脉冲信号驱动，因此该装置还可以进行驱动脉冲测试)、温升实验等测试。

为了能够对待测功率模块3进行合理充电，如图2所示，本实用新型的充电回路1包括三相整流桥11，在三相整流桥11的三相交流输入侧设有三个继电器，分别为与A相对应的SA、与B相对应的SB和与C相对应的SC，在直流输出侧的正负极分别串接一个功率电阻(或称限流电路)和一个单相继电器，分别为与正极DC+对应的功率电阻R1和继电器SDC1以及与负极DC-对应的功率电阻R2和继电器SDC2，五个继电器优选为单相继电器。DSP芯片4用于控制三相整流桥11的五个继电器的启闭，DSP芯片4通过控制充电回路1的5个继电器的启闭，对待测功率模块3进行充电。在本实用新型中，DSP芯片4可以对待测功率模块3输入、输出侧的电压、电流进行监控，如果某一电压、电流超过设定的阈值，则断开充电回路1的继电器，达到保护本实用新型的待测功率模块的目的。

为了便于查看和操作，本实用新型还包括上位机7，上位机7通过RS485接口电路8与DSP芯片4进行通信，例如:DSP芯片4用于向上位机7发送待测功率模块3的参数和接收上位机7的参数、命令。

下面参照图1至图4所示，对本实用新型的工作过程进行详细描述：

本实用新型包括DSP芯片4、电压和电流采样电路2、PWM脉冲输出电路5、光电转换电路6、充电回路1、RS485接口电路8。

待测功率模块的测试内容是：给待测功率模块3的直流电容充电并维持电压稳定，在输出侧接一个感性负载，本实用新型控制待测功率模块内部的IGBT器件的导通和关断，使其交流侧输出一个期望的电流值，运行一定时间后模块内部的散热片温度达到稳定值，根据这个温度值判断模块的散热性能。具体的实施过程如下：

(1)测试前的准备工作，包括：

(a)用2根光纤将本实用新型的测试装置和待测功率模块连接起来；

(b)电网三相电压分别接到本实用新型的充电回路入口A、B、C三处，本实用新型的充电回路的输出DC+和DC-分别接到待测功率模块的DC+′和DC-′端；

(c)将上位机和本实用新型的RS485接口电路相连接；

(d)在待测功率模块的输出交流侧A、B、C三处分别接电感LA、LB、LC的一端，并用导线将LA、LB、LC的另一端短路，如图3所示，电感的额定电流不能小于待测功率模块的额定输出电流。

(2)利用本实用新型的充电回路对待测功率模块进行预充电，充电回路的电气原理图参见图2，通过上位机给本实用新型发送“预充电”命令，本实用新型接收到“预充电”的命令后，先断开继电器SDC1、SDC2，后合上继电器SA、SB、SC，给整流桥提供三相交流电，整流桥通过限流电阻R1和R2给待测功率模块的直流电容充电。

(3)DSP芯片对充电回路的交流输入、直流输出电压进行采样，根据公式

1.414×u_ab<1.2×U_dc (1)

其中，u_ab为交流侧AB线电压有效值，U_dc为直流侧电压平均值。公式(1)成立时，表明预充电过程完成，将继电器SDC1和SDC2合上，充电电流通过SDC1和SDC2继续对待测功率模块进行充电，当U_dc≈1.414×u_ab时，可认为充电完成。

(4)控制待测功率模块的IGBT的通断，使功率模块发出期望的电流值，经过一定时间的运行后功率模块的散热片温度达到稳定，通过该温度值判定功率模块的散热系统的性能是否满足要求，测试流程如下：

(a)通过上位机向本实施例发送“输出电流”命令，本实施例接收到“输出电流”的命令；

(b)假设功率模块需要输出的电流为i(t)，频率为f，电感的感值为L，根据欧姆定律得：

u(t)＝2πfL×i(t) (2)

u(t)即为功率模块交流侧(图3的A、B、C处)需要输出的电压值；

(c)对充电回路的输入交流电压(u_a、u_b、u_c)、电流(i_a、i_b、i_c)，输出直流电压U′_dc、电流I′_dc进行采样，通过RS485接口电路将这些模拟量采样值向上位机发送，同时判断这些采样值是否超过预先设定的阈值，如果超过预先设定的阈值，则跳开充电回路输入侧和输出侧的继电器，并封锁PWM脉冲；

(d)计算在一个开关周期T内，功率模块的IGBT开通的时间T_on：

T_on＝u(t)/U′_dc (3)

其中，U′_dc为DSP芯片采样到的充电回路直流侧输出的电压瞬时值；

(e)DSP根据T_on的大小输出PWM脉冲信号，假设一个开关周期为T，T_on的时间内给G_n1高电平的驱动信号，给G_n2低电平的驱动信号，而在T_off＝T-T_on的时间内给G_n1低电平的驱动信号，给G_n2高电平的驱动信号，其中n＝a、b、c，IGBT驱动脉冲如图4所示；

在测试过程中，不断重复第(4)步的(b)～(e)，经过一段时间的运行后，待测的功率模块温升达到一个稳定值，根据这时候的温度值可以判定待测功率模块的散热性能，此时，通过上位机向本实施例发送“停止输出电流”命令，测试过程结束。

需要说明的是：上述充电过程{第(2)步和第(3)步})和测试过程并不是唯一的，例如对于充电过程，在其他的实施中，只要实现U_dc≈1.414×u_ab时，即可认为充电完成。

分析可知，与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果在于：

设计合理，充电回路的继电器由DSP芯片控制，实现充电流程自动控制，使人体和高压、大电流设备相隔离。充电回路中设置限流电阻，限制通过整流桥的电流。当装置输出的电压、电流超过设定的阈值时可断开充电回路的断电器，提高装置和待测功率模块的安全性。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (4)

1.一种变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其特征在于，包括：

充电回路，对待测功率模块的直流电容进行充电；

电压和电流采样电路，与所述充电回路相连，对所述充电回路输入侧的交流电压、交流电流和输出侧的直流电压、直流电流进行采样；

DSP芯片，与所述电压和电流采样电路相连，获得控制所述待测功率模块内部IGBT器件的PWM脉冲信号，还与所述充电回路相连，控制所述充电回路向待测功率模块充电；

PWM脉冲输出电路，与所述DSP芯片相连，传输PWM脉冲信号；和

光电转换电路，与所述PWM脉冲输出电路相连，将PWM脉冲信号转换为光信号，通过光纤传给待测功率模块。

2.根据权利要求1所述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其特征在于，

所述充电回路包括三相整流桥，在所述三相整流桥的三相交流输入侧设有三个继电器，在所述三相整流桥的直流输出侧的正负极分别串接一个功率电阻和一个继电器；

所述DSP芯片控制所述三相整流桥的五个所述继电器的启闭。

3.根据权利要求2所述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其特征在于，所述三相交流输入侧与电网的三相电压一一对应相连。

4.根据权利要求1或2所述的变流器功率模块散热性能测试用智能测试装置，其特征在于，还包括：

上位机，所示上位机通过RS485接口电路与所述DSP芯片进行通信。