CN217901888U - 直流回馈式功率器件测试仪器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种直流回馈式功率器件测试仪器，该测试仪器包括升压电路、降压电路、第一采样控制电路、第二采样控制电路、第一驱动电路和第二驱动电路，升压电路将外部电源电压升压至设定电压；降压电路将设定电压进行降压，降压电路的输出端与升压电路的输入端连接以形成能量回路；第一采样控制电路通过第一驱动电路控制升压电路的平均电流，第一采样控制电路还检测待测功率器件的输出电流基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果；第二采样控制电路通过第二驱动电路控制降压电路恒流输出。根据本实用新型的测试仪器，提高了现有技术对功率器件的性能指标进行评估时的准确性。

Description

直流回馈式功率器件测试仪器

技术领域

本实用新型涉及直流回馈式功率器件的指标测试仪器技术领域，尤其涉及一种直流回馈式功率器件测试仪器。

背景技术

随着电子技术的快速发展，对开关电源在高频率、高效率、低温升、尺寸等方面不断提出新的要求。而作为开关电源不可缺少的电感，开关管等功率器件，如何精确的测量其在实际电源中的损耗，温升等性能指标，对电源整体的性能评估，优化具有不可忽略的作用。

现有技术下，对于大功率电源的功率器件的设计都停留在计算和仿真，这种方法于实际应用中仍存在不小误差，容易导致客户在实际电源设计中性能不符，效率偏低，温升过高，然后重新改版重新设计，造成电源开发周期延长，开发成本提高。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本实用新型的第一个目的在于提出一种直流回馈式功率器件测试仪器，能够提高现有技术对功率器件的性能指标进行评估时的准确性。

为了实现上述目的，本实用新型第一方面实施例的直流回馈式功率器件测试仪器，包括升压电路、降压电路、第一采样控制电路、第二采样控制电路、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，

所述升压电路与所述降压电路和待测功率器件连接，所述升压电路用于根据第一控制信号将外部电源电压升压至设定电压，并向所述降压电路输出所述设定电压；

所述降压电路用于根据第二控制信号将所述设定电压进行降压，所述降压电路的输出端与所述升压电路的输入端连接以形成能量回路；

所述第一采样控制电路用于对所述升压电路的输出电压和输入电流进行采样，并通过第一环路控制方式向所述第一驱动电路输出第一驱动信号，所述第一采样控制电路还用于检测所述待测功率器件的输出电流，基于临界模式下所述待测功率器件的输出电流获得所述待测功率器件的损耗测试结果；

所述第一驱动电路与所述第一采样控制电路和所述升压电路连接，所述第一驱动电路用于根据所述第一驱动信号，向所述升压电路输出所述第一控制信号，以控制所述升压电路的平均电流；

所述第二采样控制电路用于对所述降压电路的输出电流进行采样，并通过恒流环控制方式向所述第二驱动电路输出第二驱动信号；

所述第二驱动电路与所述第二采样控制电路和所述降压电路连接，所述第二驱动电路用于根据所述第二驱动信号，向所述降压电路输出所述第二控制信号，以控制所述降压电路恒流输出。

根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器，通过升压电路、降压电路、第一采样控制电路、第二采样控制电路、第一驱动电路和第二驱动电路，升压电路与降压电路和待测功率器件连接，降压电路的输出端与升压电路的输入端连接以形成能量回路；第一驱动电路与第一采样控制电路和升压电路连接，第二驱动电路与第二采样控制电路和降压电路连接，升压电路将外部电源电压升压至设定电压；降压电路将设定电压进行降压，降压电路的输出端与升压电路的输入端连接以形成能量回路；第一采样控制电路通过第一驱动电路控制升压电路的平均电流，第一采样控制电路还检测待测功率器件的输出电流基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果；第二采样控制电路通过第二驱动电路控制降压电路恒流输出。在这种情况下，本实用新型中降压电路的输出端与升压电路的输入端连接，使得所有功率都在测试仪器内部循环，外部电源只需要补充升压电路与降压电路的能量流动所产生的损耗，第一采样控制电路通过第一驱动电路控制升压电路的平均电流，第二采样控制电路通过第二驱动电路控制降压电路恒流输出，利用第一采样控制电路检测待测功率器件的输出电流基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果，由此，利用测量的待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果，以实现损耗这个性能指标的评估，相比于现有技术通过仿真计算评估的性能指标更加准确，提高了现有技术对功率器件的性能指标进行评估时的准确性。

在本实用新型的一个实施例中，所述升压电路包括输入端、输出端、控制端和测试端，所述升压电路的输入端连接外部电源，所述升压电路的输出端连接所述第一采样控制电路，所述升压电路的测试端连接所述待测功率器件，所述升压电路的控制端连接所述第一驱动电路；所述降压电路包括输入端、输出端和控制端，所述降压电路的输入端连接所述升压电路的输出端，所述降压电路的输出端连接所述第二采样控制电路，所述降压电路的控制端连接所述第二驱动电路。

在本实用新型的一个实施例中，所述升压电路包括第一电容、第二电容、第一开关单元和第一二极管；所述第一电容的阳极连接所述外部电源的正极，所述第一电容的阴极与所述外部电源的负极、所述第一开关单元的输出端和所述第二电容的阴极连接，所述第一开关单元的控制端为所述升压电路的控制端，所述第一开关单元的输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接所述第二电容的阳极。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一开关单元为三极管或者MOS管。

在本实用新型的一个实施例中，所述降压电路包括第二开关单元、第二二极管、电感和第三电容；所述第二开关单元的控制端为所述降压电路的控制端，所述第二开关单元的输出端与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阴极经由所述电感与所述第三电容的阳极连接，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的阴极连接，所述第三电容的阳极与所述第一电容的阳极连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二开关单元为三极管或者MOS管。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一环路控制方式为电压电流双环控制方式。

在本实用新型的一个实施例中，所述第一采样控制电路还用于检测所述待测功率器件的温度，基于临界模式下所述待测功率器件的温度获得所述待测功率器件的温度测试结果。

在本实用新型的一个实施例中，所述待测功率器件为待测电感，所述第一采样控制电路还用于基于不同的所述升压电路的平均电流下对应的所述待测电感的输出电流，结合所述升压电路的输入电压和输出电压，以获得所述待测电感的电感量测试结果。

在本实用新型的一个实施例中，所述直流回馈式功率器件测试仪器包括报警电路；所述第一采样控制电路还用于所述测试仪器的工作温度以及硬件过流过压信号，以便所述工作温度以及硬件过流过压信号异常时向所述报警电路输出报警信号，所述报警电路根据所述报警信号进行报警。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中，

图1是根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器的结构框图；

图2是根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器的电路图；

图3是根据本实用新型一个实施例的电压电流双环控制环路的结构框图；

图4是根据本实用新型一个实施例的恒流环控制环路的结构框图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型实施例相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型实施例的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。还应当理解，本实用新型中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

下面参考附图描述根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器。

随着电子技术的快速发展，对开关电源在高频率、高效率、低温升、尺寸等方面不断提出新的要求。而作为开关电源不可缺少的电感，开关管等功率器件，如何精确的测量其在实际电源中的损耗，温升等性能指标，对电源整体的性能评估，优化具有不可忽略的作用。现有技术下，对于大功率电源的功率器件的设计都停留在计算和仿真，这种方法于实际应用中仍存在不小误差，容易导致客户在实际电源设计中性能不符，效率偏低，温升过高，然后重新改版重新设计，造成电源开发周期延长，开发成本提高，所以如何准确评估功率器件的性能指标，确保功率器件设计的成功率，开发大功率电源功率器件测试仪器很有必要。

本实用新型提出了一种直流回馈式功率器件测试仪器，该直流回馈式功率器件测试仪器可以简称为测试仪器。根据本实用新型的直流回馈式功率器件测试仪器能够提高现有技术对功率器件的性能指标进行评估时的准确性。

图1是根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器的结构框图。如图1所示，直流回馈式功率器件测试仪器10包括升压电路11、降压电路12、第一采样控制电路13、第二采样控制电路14、第一驱动电路15和第二驱动电路16。

在本实施例中，如图1所示，升压电路11与降压电路12连接，升压电路11用于根据第一控制信号将外部电源电压升压至设定电压，并向降压电路12输出设定电压。其中外部电源电压例如可以为200～300V，设定电压例如可以为500V。

具体地，升压电路11包括输入端、输出端、控制端和测试端，其中，升压电路11的输入端连接外部电源，升压电路11的输出端连接降压电路12的输入端，升压电路11的控制端连接第一驱动电路15，升压电路11的测试端连接待测功率器件。其中，外部电源为直流电源，待测功率器件可以是但不限于待测电感、开关管等功率器件。

在一些实施例中，升压电路11的输入端包括正输入端和负输入端，升压电路11的正输入端连接外部电源的正极，升压电路11的负输入端连接外部电源的负极，升压电路11的测试端包括正测试端和负测试端，正测试端经待测功率器件与负测试端连接。升压电路11的输出端包括正输出端和负输出端。

图2是根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器的电路图，如图2所示，升压电路11可以包括第一电容C1、第二电容C2、第一开关单元Q1和第一二极管D1；第一电容C1的阳极连接升压电路11的正输入端，即第一电容C1的阳极连接外部电源DC的正极，第一电容C1的阴极连接升压电路11的负输入端，即第一电容C1的阴极连接外部电源DC的负极，第一电容C1的阴极还与第一开关单元Q1的输出端和第二电容C2的阴极连接，第一开关单元Q1的控制端为升压电路11的控制端。升压电路11的正输入端和第一电容C1的阳极的交点连接升压电路11的正测试端，第一开关单元Q1的输入端与第一二极管D1的阳极连接，第一开关单元Q1的输入端和第一二极管D1的阳极的交点连接升压电路11的负测试端，第一二极管D1的阴极连接第二电容C2的阳极，第二电容C2的阳极为升压电路11的正输出端，第二电容C2的阴极为升压电路11的负输出端。其中升压电路11的正测试端和负测试端处连接有待测功率器件F。图2所示的第一开关单元Q1为MOS管，图2所示的待测功率器件F为待测电感。

在一些实施例中，MOS管例如可以为N型耗尽型MOS管，其栅极为控制端，漏极为输入端，源极为输出端。

在另一些实施例中，第一开关单元Q1可以为三极管。三极管例如可以为NPN型三极管，其基极为控制端，集电极为输入端，发射极为输出端。

在本实施例中，如图1所示，第一采样控制电路13连接升压电路11和第一驱动电路15。第一采样控制电路13用于对升压电路11的输出电压和输入电流进行采样，并通过第一环路控制方式向第一驱动电路15输出第一驱动信号。如图2所示，第一采样控制电路13连接升压电路11的正测试端和正输出端，以对升压电路11的正输出端处的输出电压和正测试端处的输入电流进行采样，采样的升压电路11的输出电压为第一二极管D1的阴极处(即第二电容C2的阳极处)的电压，采样的升压电路11的输入电流为输入待测电感F的电流。

在本实施例中，如图1所示，第一驱动电路15与第一采样控制电路13和升压电路11连接，第一驱动电路15用于根据第一驱动信号，向升压电路11输出第一控制信号，以控制升压电路11的平均电流。易于理解的是，平均电流为升压电路11输入电流的平均值。

具体地，第一驱动电路15连接第一开关单元Q1的控制端，第一采样控制电路13通过第一环路控制方式输出第一驱动信号，第一驱动电路15将第一驱动信号转化成能够控制第一开关单元Q1导通或关断的第一控制信号，在这种情况下，第一采样控制电路13通过第一驱动电路15控制升压电路11的平均电流。

图3是根据本实用新型一个实施例的电压电流双环控制环路的结构框图。在一些实施例中，第一环路控制方式为电压电流双环控制方式。电压电流双环控制方式的控制环路结构如图3所示。其中，V_O(s)为采集的升压电路11的输出电压，H(s)为电压反馈传递函数，参考信号Vref⁺为参考电压，将经过电压反馈传递函数的输出电压V_O(s)和参考信号Vref⁺输入第一减法器中，得到误差信号Err，Gcv(s)为PI补偿调制器，将误差信号Err输入PI补偿调制中获得参考电流信号Iref⁺，D(s)为升压电路11的输入电流，输入电流D(s)经过Gid(s)为电流反馈传递函数后与参考电流信号Iref⁺输入至第二减法器，然后经过电流调制器Gci(s)和PWM信号生成器Gm(s)输出经过控制的输入电流(即平均电流)，Gvd(s)为输入电流与输入电压的控制调制器。其中电压电流双环控制环路的PWM信号生成器Gm(s)与第一驱动电路15连接，

在图3所示的电压电流双环控制环路中，控制电流环的开环增益达到40dB以上，可以基本使得所控平均电流与参考信号之间的无静态误差调节。

在本实施例中，降压电路12用于根据第二控制信号将设定电压进行降压。降压电路12的输出端与升压电路11的输入端连接以形成能量回路(参见图1或图2)。降压电路12和升压电路11在第一采样控制电路13和第二采样控制电路14的控制下，使得能量形成内部循环(即能量在升压电路11和降压电路12之间流动)。若测试仪器工作时，能量在内部循环时的效率(即整机效率)达到95％，则只要5KW的外部直流电源，即可带动运行功率100KW的测试仪器。

具体地，降压电路12包括输入端、输出端和控制端，其中降压电路12的输入端连接升压电路11的输出端，降压电路12的输出端连接第二采样控制14电路，降压电路12的控制端连接第二驱动电路16。

在一些实施例中，降压电路12的输入端包括正输入端和负输入端，降压电路12的正输入端连接升压电路11的正输出端，降压电路12的负输入端连接升压电路11的负输出端。降压电路12的输出端包括正输出端和负输出端。

在一些实施例中，如图2所示，降压电路12包括第二开关单元Q2、第二二极管D2、电感L和第三电容C3；第二开关单元Q2的输入端为降压电路12的正输入端，第二开关单元Q2的控制端为降压电路12的控制端，第二开关单元Q2的输出端与第二二极管D2的阴极连接，第二二极管D2的阴极经由电感L与第三电容C3的阳极连接，第二二极管D2的阳极与第三电容C3的阴极连接，第二二极管D2的阳极和第三电容C3的阴极的交点连接降压电路12的负输入端，第三电容C3的阳极为降压电路12的正输出端，第三电容C3的阴极为降压电路12的负输出端，第三电容C3的阳极与第一电容C1的阳极连接，以形成能量回路，即降压电路12的正输出端连接至升压电路11的正输入端和第一电容C1的阳极的交点处形成能量回路。图2所示的第二开关单元Q2为MOS管。

在另一些实施例中，第二开关单元Q2可以为三极管。

在本实施例中，如图1所示，第二采样控制电路14连接降压电路12和第二驱动电路16。第二采样控制电路14用于对降压电路12的输出电流进行采样，并通过恒流环控制方式向第二驱动电路输出第二驱动信号。如图2所示，第二采样控制电路14连接降压电路12的输出端，以对降压电路12的输出电流进行采样，采样的降压电路12的输出电流为电感L的输出电流。

在本实施例中，如图1所示，第二驱动电路16与第二采样控制电路14和降压电路12连接，第二驱动电路16用于根据第二驱动信号，向降压电路12输出第二控制信号，以控制降压电路12恒流输出。

具体地，第二驱动电路16连接第二开关单元Q2的控制端，第二采样控制电路14通过恒流环控制方式输出第二驱动信号，第二驱动电路16将第二驱动信号转化成能够控制第二开关单元Q2导通或关断的第二控制信号，在这种情况下，第二采样控制电路14通过第二驱动电路16控制降压电路12的输出电流保持恒定。

图4是根据本实用新型一个实施例的恒流环控制环路的结构框图。恒流环控制方式的环路结构如图4所示。

如图4所示，IL(s)为降压电路12的输出电流，H(s)为电流反馈传递函数，参考信号Iref⁺为参考电流，将经过电流反馈传递函数的输出电流和参考信号Iref⁺输入减法器中，然后经过电流调制器Gci(s)和PWM信号生成器Gm(s)输出经过控制的输出电流，Gid(s)为采集的电流与得到控制的输出电流间的控制调节器。其中，恒流环控制环路的PWM信号生成器Gm(s)与第二驱动电路16连接，通过该恒流环控制限流，达到控制降压电路的输出电流的目的。

在一些实施例中，测试仪器10的输入输出参数主要规格可以参见表1。表格中测试仪器10的输入输出参数主要规格仅为一种示例。测试仪器10的运行功率是160K。

表1测试仪器的输入输出参数主要规格

零件号	测试仪器10(160K-500A)
		外部电源电压范围(V<sub>IN</sub>)	200V～400V(直流)
升压电路输出电压范围(V<sub>BST</sub>)	V<sub>IN</sub>+50～500V(直流)
		降压电路输出电流(I<sub>BUK</sub>)	0A～400A(直流)
升压电路工作频率(f<sub>BST</sub>)	10KH<sub>Z</sub>
		降压电路工作频率(f<sub>BUK</sub>)	10KH<sub>Z</sub>

在一些实施例中，测试仪器10还包括调压模块，基于表1可知测试仪器10工作的升压电路输入电压范围为200V～400V(直流)，若外部电源电压范围出现低于200V的情况，则先将外部电源的输出电压输入调压模块(调压模块例如可以为软件)进行调整，使得调整后的电压满足200V～400V(直流)，再将调整后的电压输入至升压电路中。

在一些实施例中，基于表1可知，升压电路输出电压范围为V_IN+50～500V dc(直流)。另外本实施例的测试仪器10中升压电路与降压电路的电流范围一致，结合表1可知，升压电路与降压电路的电流范围可以为0～400A dc(直流)。

在一些实施例中，表1中测试仪器10中升压电路工作频率可根据实际情况进行调整。

基于表1中的电压、电流和频率参数来看，测试仪器10工作范围足够宽，基本可以满足现有市场上大部分待测功率器件的实际工况，能够准确模拟待测功率器件例如待测电感在实际应用中的具体工况，从而精确分析出电感各个方面性能指标，从而实现精确地性能指标评估的目的。

在本实施例中，待测功率器件不同时，测试仪器10工作过程中能量在内部循环时的效率也可能不同，因此可以初步通过外部直流电源的输出功率(即升压电路的输入功率)的差异对比，直观地评估不同待测功率器件的损耗差异，从而更加准确的进行优化评估。若待测功率器件为待测电感，则可以直观地评估不同待测电感的损耗差异，从而达到评估电感损耗(磁芯损耗或绕组损耗)、发热(即温升)、电感量等多个性能指标的目的。

在本实施例中，第一采样控制电路13还用于检测待测功率器件的输出电流，基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果。

具体地，第一采样控制电路13包括LEM闭环电流传感器(即霍尔闭环电流传感器)，利用LEM闭环电流传感器采集待测功率器件的输出电流，由此，能够使得采样的电流更加精确。

在第一采样控制电路13的控制下，升压电路11可以交替处于DCM(断续模式)、BCM(临界模式)和CCM(连续模式)下，待测功率器件的输出电流从0开始变大过程中，升压电路11会从DCM逐步过渡到CCM，通过计算(或者实际观测待测功率器件的输出电流波形)，控制恒流点，从而获得临界模式电流，第一采样控制电路13基于临界模式电流控制升压电路11的平均电流，使得待测功率器件在临界模式下，基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果。

在一些实施中，待测功率器件为电感时，通过设置电感工作在临界模式，获得的待测电感的损耗测试结果为磁芯损耗。

在一些实施中，测试仪器10还设置有额定电流，待测功率器件为电感时，通过第一采样控制电路13的控制将待测电感的输出电流调至额定电流后，调节升压电路11的输入电压，使得电流纹波尽量地小，此时获得的待测电感的损耗测试结果为绕组损耗。

在一些实施例中，第一采样控制电路13还用于检测待测功率器件的温度，基于临界模式下待测功率器件的温度获得待测功率器件的温度测试结果。待测功率器件为电感时，通过设置电感工作在临界模式，获得的待测电感的温度测试结果为磁芯损耗带来的温升。

在一些实施例中，待测功率器件为待测电感时，第一采样控制电路13还用于基于不同的升压电路11的平均电流下对应的待测电感的输出电流，结合升压电路11的输入电压和输出电压，以获得待测电感的电感量测试结果。具体地，通过第一采样控制电路13控制升压电路11处于不同的平均电流下，使得电感工作在不同电流下，监测电感电流(即电感的输出电流)，根据升压电路11的输入电压、输出电压以及电感电流的斜率，直接计算出电感量，从而可以得到电感在不同偏置电流(即平均电流或输入电流)下的电感量，以实现精确测定电感量的目的。通常偏置电流为直流电时，随着直流电流(也称直流偏置)的增大电感量会减小。

在一些实施例中，以待测功率器件是待测电感、外部电源电压为250V、设定电压为500V为例，利用测试仪器10测试待测电感。

具体地，连接了待测电感的升压电路可以看做是前级BOOST电路(升压斩波电路)，前级BOOST电路将外部电源电压250V升压至500V(也称为500V母线电压)，以模拟电感实际工作状态，降压电路可以看做是后级BUCK电路(降压式变换电路)，后级BUCK电路的输入连接前级BOOST电路的输出，将前级BOOST电路升压后的500V降低至250V，后级BUCK电路的输出接到前级BOOST电路的输入，以形成能量回路。前级BOOST电路和后级BUCK电路通过第一采样控制电路13和第二采样控制电路14的控制，使得能量形成内部循环(即能量在前级BOOST电路和后级BUCK电路之间流动)。在控制时，第一采样控制电路13和第二采样控制电路14采样BOOST输出电压(即前级BOOST电路的输出电压)、BOOST输入电流(即前级BOOST电路的输入电流)以及BUCK输出电流(即后级BUCK电路的输出电流)用以控制，其中采样BOOST输出电压是用于将BOOST输出电压稳压至500V；采样BOOST输入电流是用于实现前级BOOST电路的平均电流控制；采样BUCK输出电流是用于实现后级BUCK电路的恒流输出，BUCK输出电流的恒流输出使得BUCK输出电流可以看做内部循环中的可控恒流源。若控制前级BOOST电路的平均电流为200A，此时测试仪器10中的250V转500V、输入功率为50KW的前级BOOST电路正常工作，外部直流电源只需要提供，前级BOOST电路和后级BUCK电路之间能量流动所产生的损耗；

在第一采样控制电路13的控制下，前级BOOST电路交替处于DCM(断续模式)、BCM(临界模式)和CCM(连续模式)下，待测电感的输出电流(即电感电流)从0开始变大过程中，前级BOOST电路会从DCM逐步过渡到CCM，通过计算(或者实际观测电感电流波形)，控制恒流点，从而获得临界模式电流，第一采样控制电路13基于临界模式电流控制前级BOOST电路的平均电流，使得待测电感在临界模式下，基于临界模式下电感电流获得待测电感的损耗测试结果，此时获得的待测电感的损耗测试结果为磁芯损耗；测试仪器10还设置有额定电流，通过第一采样控制电路13的控制将电感电流调至额定电流后，调节前级BOOST电路的输入电压，使得电流纹波尽量地小，此时获得的待测电感的损耗测试结果为绕组损耗；

第一采样控制电路13检测待测电感的温度，基于临界模式下待测电感的温度获得待测电感的温度测试结果，通过设置待测电感工作在临界模式，获得的待测电感的温度测试结果为磁芯损耗带来的温升；

通过第一采样控制电路13控制前级BOOST电路处于不同的平均电流下，使得电感工作在不同电流下，监测电感电流，根据前级BOOST电路的输入电压、输出电压以及电感电流的斜率，直接计算出电感量，从而可以得到电感在不同偏置电流下的电感量。

在一些实施例中，直流回馈式功率器件测试仪器10还包括报警电路，报警电路用于接收报警信号进行报警。报警电路例如包括发光二极管。具体地，第一采样控制电路13还用于测试仪器10的工作温度以及硬件过流过压信号，在工作温度以及硬件过流过压信号异常时向报警电路输出报警信号。报警电路接收报警信号进行报警，报警方式例如可以是在接收报警信号时发光二极管发光，没有接收到报警信号时发光二极管不发光。

根据本实用新型实施例的直流回馈式功率器件测试仪器，通过升压电路、降压电路、第一采样控制电路、第二采样控制电路、第一驱动电路和第二驱动电路，升压电路与降压电路和待测功率器件连接，降压电路的输出端与升压电路的输入端连接以形成能量回路；第一驱动电路与第一采样控制电路和升压电路连接，第二驱动电路与第二采样控制电路和降压电路连接，升压电路将外部电源电压升压至设定电压；降压电路将设定电压进行降压，降压电路的输出端与升压电路的输入端连接以形成能量回路；第一采样控制电路通过第一驱动电路控制升压电路的平均电流，第一采样控制电路还检测待测功率器件的输出电流基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果；第二采样控制电路通过第二驱动电路控制降压电路恒流输出。在这种情况下，本实用新型中降压电路的输出端与升压电路的输入端连接，使得所有功率都在测试仪器内部循环，外部电源只需要补充升压电路与降压电路的能量流动所产生的损耗，故对于百千瓦级的测试仪器，只需要千瓦级的直流电源和功率计，极大降低了器件厂商的测试成本和测试难度，例如所设计测试仪器的效率为98％的话，测试时运行功率为100KW时只需要外部直流电源提供2KW的功率；另外第一采样控制电路通过第一驱动电路控制升压电路的平均电流，第二采样控制电路通过第二驱动电路控制降压电路恒流输出，利用第一采样控制电路检测待测功率器件的输出电流基于临界模式下待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果，由此，利用测量的待测功率器件的输出电流获得待测功率器件的损耗测试结果，以实现损耗这个性能指标的评估，相比于现有技术通过仿真计算评估的性能指标更加准确，提高了现有技术对功率器件的性能指标进行评估时的准确性。待测功率器件为电感时本实施例的测试结果包括但不限于磁芯损耗、绕组损耗，通过设置电感电流，使其工作在临界模式，可以得出电感磁芯损耗以及磁芯损耗带来的电感温升，通过设置平均电流，可以精确的测定电感在不同平均电流下的电感量。

另外，为了验证本实施例的直流回馈式功率器件测试仪器对待测功率器件的性能指标评估的准确性，对不同的待测电感做了测试，对比仿真计算评估，结果表明本实施例的直流回馈式功率器件测试仪器具有可行性，且能够更为准确地进行性能指标评估。

在另一些实施例中，本实施例的测试仪器10还可以应用于出厂实验、大功率电感老化测试中，能极大的节省电能损耗，降低成本，另外还具有输入功率小和接线简单的优点，进一步在极大程度上降低人工成本。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，包括升压电路、降压电路、第一采样控制电路、第二采样控制电路、第一驱动电路和第二驱动电路，其中，

所述升压电路与所述降压电路和待测功率器件连接，所述升压电路用于根据第一控制信号将外部电源电压升压至设定电压，并向所述降压电路输出所述设定电压；

所述降压电路用于根据第二控制信号将所述设定电压进行降压，所述降压电路的输出端与所述升压电路的输入端连接以形成能量回路；

所述第一采样控制电路用于对所述升压电路的输出电压和输入电流进行采样，并通过第一环路控制方式向所述第一驱动电路输出第一驱动信号，所述第一采样控制电路还用于检测所述待测功率器件的输出电流，基于临界模式下所述待测功率器件的输出电流获得所述待测功率器件的损耗测试结果；

所述第一驱动电路与所述第一采样控制电路和所述升压电路连接，所述第一驱动电路用于根据所述第一驱动信号，向所述升压电路输出所述第一控制信号，以控制所述升压电路的平均电流；

所述第二采样控制电路用于对所述降压电路的输出电流进行采样，并通过恒流环控制方式向所述第二驱动电路输出第二驱动信号；

所述第二驱动电路与所述第二采样控制电路和所述降压电路连接，所述第二驱动电路用于根据所述第二驱动信号，向所述降压电路输出所述第二控制信号，以控制所述降压电路恒流输出。

2.根据权利要求1所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于：

所述升压电路包括输入端、输出端、控制端和测试端，所述升压电路的输入端连接外部电源，所述升压电路的输出端连接所述第一采样控制电路，所述升压电路的测试端连接所述待测功率器件，所述升压电路的控制端连接所述第一驱动电路；

所述降压电路包括输入端、输出端和控制端，所述降压电路的输入端连接所述升压电路的输出端，所述降压电路的输出端连接所述第二采样控制电路，所述降压电路的控制端连接所述第二驱动电路。

3.根据权利要求2所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于：

所述升压电路包括第一电容、第二电容、第一开关单元和第一二极管；

所述第一电容的阳极连接所述外部电源的正极，所述第一电容的阴极与所述外部电源的负极、所述第一开关单元的输出端和所述第二电容的阴极连接，所述第一开关单元的控制端为所述升压电路的控制端，所述第一开关单元的输入端与所述第一二极管的阳极连接，所述第一二极管的阴极连接所述第二电容的阳极。

4.根据权利要求3所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述第一开关单元为三极管或者MOS管。

5.根据权利要求3所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于：

所述降压电路包括第二开关单元、第二二极管、电感和第三电容；

所述第二开关单元的控制端为所述降压电路的控制端，所述第二开关单元的输出端与所述第二二极管的阴极连接，所述第二二极管的阴极经由所述电感与所述第三电容的阳极连接，所述第二二极管的阳极与所述第三电容的阴极连接，所述第三电容的阳极与所述第一电容的阳极连接。

6.根据权利要求5所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述第二开关单元为三极管或者MOS管。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述第一环路控制方式为电压电流双环控制方式。

8.根据权利要求1所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述第一采样控制电路还用于检测所述待测功率器件的温度，基于临界模式下所述待测功率器件的温度获得所述待测功率器件的温度测试结果。

9.根据权利要求1所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述待测功率器件为待测电感，所述第一采样控制电路还用于基于不同的所述升压电路的平均电流下对应的所述待测电感的输出电流，结合所述升压电路的输入电压和输出电压，以获得所述待测电感的电感量测试结果。

10.根据权利要求1所述的直流回馈式功率器件测试仪器，其特征在于，所述第一采样控制电路还用于所述测试仪器的工作温度以及硬件过流过压信号，以便所述工作温度以及硬件过流过压信号异常时进行报警。

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