DE102009020911A1

DE102009020911A1 - Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE102009020911A1
Application number: DE200910020911
Authority: DE
Inventors: Akio Hino Toba; Michio Hino Tamate
Original assignee: Fuji Electric Holdings Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2008-05-13
Filing date: 2009-05-12
Publication date: 2009-12-31
Also published as: JP5223659B2; JP2009303472A

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung, welche einen Rausch- bzw. Störtest durchführt, der identisch einem Kombinationsrauschtest ist, ohne dass ein Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung in der Stromrichtervorrichtung verwendet wird. Das vorgeschlagene Prüfgerät schließt einen Prüf-Stromrichter ein, welcher eine Ausgangskapazität aufweist, die geringer ist als die des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, und wandelt eine geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung mittels einer Wechselrichterschaltung um, die durch eine Vielzahl von Halbleiter-Schaltelementen gebildet ist, sowie eine Steuerschaltung, die mindestens entweder eine Wechselspannung oder einen elektrischen Strom eingibt, welche die Ausgaben des Prüf-Stromrichters sind, und ein Steuersignal erzeugt und ausgibt, welches die Gate-Spannung der Halbleiter-Schaltelemente steuert, und die Prüfeinrichtung für eine Stromrichtervorrichtung legt eine Rauschspannung zwischen einem elektrischen Bezugspotentialabschnitt der Steuerschaltung und einen Erdpotentialabschnitt des Prüf-Stromrichters an, um die Rauschunempfindlichkeit zu ermitteln.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Prüftechnik für eine Stromrichtervorrichtung und insbesondere eine Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung, die in vorteilhafter Weise für eine Stromrichtervorrichtung geeignet ist, welche durch einen Stromrichter und eine Steuerschaltung gebildet ist und Halbleiterschaltelemente verwendet.
Bei einer Halbleiterstromrichtervorrichtung, die durch einen Stromrichter und eine Steuerschaltung gebildet ist, kann die Steuerschaltung unter der Wirkung eines elektrischen Stroms versagen, welcher aufgrund einer Streu-Kapazität von der Steuerschaltung in ein Metallgehäuse fließt.
Um ein derartiges Versagen der Steuerschaltung zu vermeiden, wird die Steuerschaltung der Halbleiterstromrichtervorrichtung einer während des Herstellverfahrens durchgeführten Prüfung hinsichtlich der Unempfindlichkeit gegen elektromagnetisches Rauschen unterworfen und Maßnahmen werden getroffen, die Rauschunempfindlichkeit auf das vorbestimmte Niveau zu verbessern.
16 veranschaulicht das übliche Prüfverfahren für eine Stromrichtervorrichtung.
Eine übliche Stromrichtervorrichtung 100, wie sie in 16 veranschaulicht ist, wird durch einen Stromrichter 101 und eine Steuerschaltung 102 gebildet, welche den Stromrichter 101 steuert.
Der Stromrichter 101 wird durch eine Diodenbrücke (Gleichrichterschaltung) 103 gebildet, welche eine angelegte Wechselspannung in eine Gleichspannung gleichrichtet, einen Glättungskondensator 104, welcher die Gleichspannung glättet, und eine Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 108, die durch eine Vielzahl von Halbleiter-Schaltelementen (beispielsweise IGBT, Insulated Gate Bipolar Transistor) 105-1, 105-2, 106-1, 106-2, 107-1 und 107-2 gebildet ist und welche die geglättete Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt, und der Stromrichter gibt die Wechselspannung an eine Last (Motor oder dergleichen; in 16 nicht gezeigt) ab. Stromsensoren 109-1, 109-2 wandeln einen Wechselstrom, welcher über einen Ausgangsanschluss einer u-Phase und einen Ausgangsanschluss einer w-Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung 108 fließt, in eine Erfassungsspannung (Wechselspannung) um, welche dem Wechselstromwert entspricht, und geben die Erfassungsspannung als ein Stromerfassungssignal an die Steuerschaltung 102 aus.
Die Steuerschaltung 102 leitet die Gleichspannung, welche durch die Gleichrichterschaltung 103 gleichgerichtet wurde, und eine Erfassungsspannung, die dem Wechselstrom entspricht, welcher durch den Stromrichter 101 abgegeben wurde, ein, erzeugt ein Gate-Ansteuersignal, welches eine Gate-Spannung der Halbleiterschaltelemente steuert, und gibt das Gate-Ansteuersignal an Gate-Ansteuerschaltungen ab (16 zeigt lediglich Gate-Ansteuerschaltungen 111-1, 111-2 entsprechend den Halbleiter-Schaltelementen 105-1, 105-2; weitere Gate-Ansteuerschaltungen sind weggelassen).
Ferner, wie in 17 gezeigt, wird eine Rausch- oder Störspannung von mehreren Kilovolt durch eine Hochfrequenzspannungs-Anlegeeinrichtung 112 zwischen einem elektrischen Potentialabschnitt, welcher als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung 102 dient, und einem Erdpotentialabschnitt (ein Metallgehäuse 114 in 17 ist geerdet) des Stromrichters 101 angelegt und erzeugt einen Test hinsichtlich der Unempfindlichkeit gegen elektromagnetisches Rauschen, um zu bestätigen, dass die Steuerschaltung 102 nicht versagt.
Der Test hinsichtlich der Verträglichkeit elektromagnetischen Rauschens kann lediglich bei der Steuerschaltung 102 zur Zeit der Entwicklung oder während des Versands in einem Zustand durchgeführt werden, in welchem die Steuerschaltung 102 in der Stromrichtervorrichtung 100, wie in 16 gezeigt, eingebaut ist.
In dem Fall, in welchem der Unempfindlichkeitstest gegen elektromagnetisches Rauschen lediglich bei der Steuerschaltung 102 durchgeführt wird, unterscheiden sich der Montagezustand des Substrats der gedruckten Schaltung der Steuerschaltung und eines daran angeschlossenen Kabels, die Fluktuationen des elektrischen Potentials in der Steuerschaltung, welche durch den Betrieb des Stromrichters 101 der Halbleiterstromrichtervorrichtung hervorgerufen werden, und der Zustand des Auftretens eines magnetischen Feldes und das magnetische Feld selbst von denjenigen, welche im Falle vorliegen, in dem die Steuerschaltung in die Stromrichtervorrichtung 100 eingebaut ist. Das resultierende Problem besteht darin, dass der Effekt dieser Faktoren nicht bewertet werden kann, wenn die Steuerschaltung als solche allein untersucht wird.
Wenn andererseits, der Unempfindlichkeitstest hinsichtlich magnetischen Rauschens in einem Zustand durchgeführt wird, in welchem die Steuerschaltung in der Stromrichtervorrichtung 100 eingebaut ist (Kombinationsrausch-Immunitätstest), wird der Test nicht durchgeführt, bis die Einrichtung vollständig hergestellt ist. Wenn beispielsweise die Steuerschaltung 102 vor dem Stromrichter 100 hergestellt wird, wird die Zeitspanne zur Durchführung des Kombinationsrausch-Immunitätstests verzögert. Das sich in diesem Fall ergebende Problem besteht darin, dass, wenn ein Problem des Versagens auftritt, nicht genügend Zeit vorhanden ist, das Problem vor der geplanten Auslieferungszeit zu lösen.
Die offen gelegte japanische Patentanmeldung Nr. 2000-304794 beschreibt ein Verfahren zur Durchführung eines Immunitätstests auf dem Gebiet der Kommunikation, welcher sich von dem von Stromrichtern unterscheidet. Ferner ist ein Leitungsimmunitäts-Testverfahren für elektrische Geräte, welche diese Gebiete einschließen, durch eine internationale Norm IEC 61000-4-6 beschrieben (Leitungsimmunitätstest).
Unter Berücksichtigung oben stehender Ausführungen ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung zu schaffen, mittels derer ein mit dem Kombinationsrauschtest identischer Rauschtest durchgeführt werden kann, ohne den Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, also des Endprodukts, zu verwenden.
Die Lösung der Aufgabe ergibt sich aus Patentanspruch 1. Unteransprüche beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Dabei sind auch andere Kombinationen von Merkmalen als in den Ansprüchen beansprucht möglich.
Die vorgeschlagene Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung ist ein Prüfgerät zum Testen einer Stromrichtervorrichtung, enthaltend: einen Stromrichter und eine Wechselrichterschaltung aufweist, die durch eine Vielzahl von Halbleiterschaltelementen gebildet ist, eine angelegte Gleichspannung in eine Wechselspannung umwandelt und eine Wechselspannung abgibt, und eine Steuerschaltung, welche ein Steuersignal zum Steuern jedes der Halbleiter-Schaltelemente erzeugt und das Steuersignal zu jedem der Halbleiter-Schaltelemente leitet.
Das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung umfasst einen Prüf-Stromrichter, welcher anstelle des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung verwendet wird und eine Ausgangskapazität aufweist, die kleiner ist als die des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, eine Unterschiedseinstelleinheit, welche einen Unterschied einer elektrischen Kenngröße zwischen dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Prüf-Stromrichter einstellt und eine Hochfrequenz-Spannungsanlegeeinheit, welche eine Rausch- oder Störspannung zwischen einem Abschnitt elektrischen Potentials, welcher als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung dient, und einem Erdungspotentialabschnitt des Prüf-Stromrichters anlegt.
Beispielsweise kann der Prüf-Stromrichter mit einer Prüf-Wechselrichterschaltung versehen sein und eine Last mit einer Lastkapazität, die niedriger ist als eine Ausgangskapazität des Prüf-Stromrichters, kann an eine Ausgangsseite der Prüf-Wechselrichterschaltung angelegt sein, oder die Ausgangsseite kann ein offener Anschluss ohne irgendeine daran angeschlossene Last sein.
Beispielsweise kann der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe umfassen, welche Halbleiter-Schaltelemente kühlt, die die Wechselrichterschaltung bilden, der Prüf-Stromrichter kann eine zweite Kühlrippe umfassen, die Halbleiter-Schaltelemente kühlt, welche die Prüf-Wechselrichterschaltung bilden, und die Unterschiedseinstelleinheit kann einen Kondensator umfassen, welcher eine elektrostatische Kapazität Co zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe mit einer elektrostatischen Kapazität C1 zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe zur Übereinstimmung oder im wesentlichen zur Übereinstimmung bringt.
Ferner kann beispielsweise die Unterschiedseinstelleinheit Impedanzelemente umfassen, welche einer Impedanz zur Erde zwischen jedem Ausgangsanschluss der Wechselrichterschaltung und dem Erdungspotentialabschnitt bzw. zwischen jedem Ausgangsanschluss der Prüf-Wechselrichterschaltung und dem Erdungspotentialabschnitt jeweils äquivalent sind.
Ferner kann beispielsweise der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung zusätzlich eine Wandlerschaltung umfassen, die eine erste Gleichrichterschaltung hat, welche eine eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, sowie einen ersten Glättungskondensator, der eine von der ersten Gleichrichterschaltung ausgegebene Gleichspannung glättet, wobei eine von der Wandlerschaltung ausgegebene Gleichspannung als eine Gleichspannung der Wechselrichterschaltung angelegt wird, wobei der Prüf-Stromrichter ferner eine Prüf-Wandlerschaltung enthalten kann, die eine zweite Gleichrichterschaltung hat, welche eine eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt, und einen zweiten Glättungskondensator, welcher eine Gleichspannung, die von der zweiten Gleichrichterschaltung ausgegeben wird, glättet, wobei eine Gleichspannung, welche von der Prüf-Wandlerschaltung ausgegeben wird, als Gleichspannung der Prüf-Wechselrichterschaltung angelegt wird, und die Unterschiedseinstelleinheit kann Impedanzelemente umfassen, welche einer Impedanz zur Erde zwischen jedem Eingangsanschluss der ersten Gleichrichterschaltung und dem Erdungspotentialabschnitt beziehungsweise zwischen jedem Eingangsanschluss der zweiten Gleichrichterschaltung und dem Erdungspotentialabschnitt jeweils äquivalent sind.
Ferner kann beispielsweise die Unterschiedseinstelleinheit einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiter-Schaltelementes des Prüf-Stromrichters und eine entsprechende Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit umfassen oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes umfassen, und einen Widerstandswert jedes Gate-Widerstandes oder eine Kapazität jedes Gate-Kondensators einstellen, um eine Spannungsvariationsrate während EIN und AUS jedes Halbleiter-Schaltelementes in dem Prüf-Stromrichter an eine Spannungsvariationsrate anzupassen oder im wesentlichen anzupassen, wenn jedes entsprechende Halbleiter-Schaltelement in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung auf EIN und AUS steht. In diesem Fall kann eine Spannungsvariationsrate, wenn jedes Halbleiter-Schaltelement in dem Prüf-Stromrichter EIN und AUS ist, höher eingestellt werden als eine Spannungsvariationsrate, wenn jedes entsprechende Halbleiter-Schaltelement in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung EIN und AUS ist.
Ferner kann beispielsweise im Falle, wenn eine Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger eingestellt ist als eine Stromquellenspannung V0 im Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung wenn der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe enthält, die die Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt, und der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe enthält, welche die Prüf-Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt, die Unterschiedseinstelleinheit einen Kondensator umfassen, welcher eine elektrostatische Kapazität C1 zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe größer macht als eine elektrostatische Kapazität C0 zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe.
Ferner kann beispielsweise im Falle, wenn eine Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger eingestellt ist als eine Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung wenn der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe umfasst, die die Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt, und der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe umfasst, welche die Prüf-Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt, die Unterschiedseinstelleinheit einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiterschaltelementes des Prüf-Stromrichters und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit umfassen, oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiterschaltelementes, und kann jeden Gate-Widerstand oder jeden Gate-Kondensator zum Setzen von dV1/dt und der elektrostatischen Kapazität C1 des Prüf-Stromrichters derart einstellen, dass die unten beschriebenen Bezugsgleichungen zwischen einer Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung einer Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter, einer elektrostatischen Kapazität C0 zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe und einer elektrostatischen Kapazität C1 zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe erfüllt sind, wobei dV0/dt und dV1/dt die repräsentativen Werte einer Spannungsvariationsrate der Halbleiter-Schaltelemente in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung beziehungsweise dem Prüf-Stromrichter repräsentieren, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind: V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) C0 × V0 = C1 × V1.
Jeder Gate-Widerstand oder jeder Gate-Kondensator kann eingestellt werden, und dV1/dt und die elektrostatische Kapazität C1 des Prüf-Stromrichters kann derart eingestellt werden, dass die unten stehenden zweiten Bezugsgleichungen anstelle der oben beschriebenen ersten Bezugsgleichungen erfüllt sind, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind: V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) C0 × V0 < C1 × V1.
Außerdem kann beispielsweise das vorgeschlagene Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung ferner eine Spannungseinstelleinheit umfassen, welche eine dem Prüf-Stromrichter zugeführte Stromquellenspannung einstellt.
Außerdem kann beispielsweise das vorgeschlagene Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung ferner derart konfiguriert werden, dass sie eine Systemimpedanz-Simulationseinheit umfasst, welche eine Systemimpedanz in einer Vorstufe der Prüf-Wechselrichterschaltung simuliert.
Bei dem vorgeschlagenen Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung ist es durch Verwendung des Prüf-Stromrichters, welcher eine Ausgangskapazität aufweist, die niedriger ist als die des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung möglich, elektrische Potentialfluktuationen zu erzielen, welche beispielsweise in der Verdrahtung der angeschlossenen Steuerschaltung erzeugt werden, welche gleich sind (nahezu) dem elektrischen Potential im Falle, dass der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, also des Endprodukts, angeschlossen ist, ohne dass es notwendig ist, einen großen Bereich zur Prüfung sicherzustellen, so dass der Raumbedarf gespart wird, und ferner ein Rauschimmunitätstest durchgeführt werden kann, welcher identisch mit dem Kombinationsrauschtest bezüglich der Steuerschaltung ist.
Wenn beispielsweise eine Last mit einer Lastkapazität, die niedriger ist als die Ausgangskapazität des Prüf-Stromrichters, an die Ausgangsseite der Prüf-Wechselrichterschaltung angeschlossen wird, oder wenn keine Last angeschlossen wird und der Anschluss offen ist, kann ein Rauschimmunitätstest ähnlich dem im Falle einer angeschlossenen Last bezüglich Spannungsfluktuationen durchgeführt werden, welche auftreten, wenn die Halbleiter-Schaltelemente des Stromrichters EIN und AUS geschaltet werden. Folglich kann der Prüfbereich weiter verringert werden.
Bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung ist es beispielsweise durch Vorsehen eines Kondensators zwischen dem Ausgangsanschluss der Prüf-Wechselrichterschaltung und der Kühlrippe möglich, einen Rauschtest durchzuführen, welcher eine Streu-Kapazität zwischen der Wechselrichterschaltung des zu prüfenden Stromrichters und der Kühlrippe berücksichtigt.
Ferner ist es beispielsweise durch Anschließen eines Impedanzelementes zwischen dem Ausgangsanschluss der Wechselrichterschaltung in dem Prüf-Stromrichter und dem Erdungspotentialabschnitt möglich, einen Rauschtest durchzuführen, welcher eine Streu-Impedanz der Last (Motor oder dergleichen) der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung berücksichtigt.
Ferner ist es bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung beispielsweise durch Anschließen eines Impedanzelementes zwischen der Gleichrichterschaltung in dem Prüf-Stromrichter und dem Erdpotentialabschnitt möglich, einen Rauschtest durchzuführen, welcher eine Streu-Impedanz zwischen der Gleichrichterschaltung der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Erdpotentialabschnitt berücksichtigt.
Bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung kann beispielsweise, wenn die Spannungsvariationsrate, wenn die Halbleiter-Schaltelemente des Prüf-Stromrichters EIN oder AUS sind, an die Spannungsvariationsrate, wenn entsprechende Halbleiter-Schaltele mente des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung EIN und AUS sind, angepasst oder im wesentlichen angepasst werden, ein Rauschen proportional dieser Spannungsvariationsrate genauer reproduziert werden und die Gültigkeit der Rauschimmunitätsauswertung kann verbessert werden. Ferner kann bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung beispielsweise, wenn die Spannungsvariationsrate, wenn die Halbleiter-Schaltelemente des Prüf-Stromrichters EIN oder AUS sind, höher eingestellt wird als die Spannungsvariationsrate, wenn entsprechende Halbleiter-Schaltelemente des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung EIN und AUS sind, die erforderliche Immunität unter strengeren Bedingungen untersucht und eine höhere Zuverlässigkeit kann erzielt werden.
Ferner ist es bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung beispielsweise in dem Fall, in dem die Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger eingestellt ist als die Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung wenn die Unterschiedseinstelleinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Kondensator enthält, welcher die elektrostatische Kapazität zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe höher einstellt als die elektrostatische Kapazität C0 zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe, durch Einstellen der Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger als die Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung möglich, zu verhindern, dass ein Gleichtaktstrom Ic kleiner wird als der in dem Endprodukt und eine Situation zu vermeiden, in welcher die Zustände bezüglich einer Rauschunempfindlichkeit entspannt sind.
Ferner kann bei dem Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung entsprechend der Erfindung beispielsweise im Falle, in welchem die Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger eingestellt ist als die Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung wenn die Unterschiedseinstelleinheit einen Gate-Widerstand zwischen jedem Halbleiter-Schaltelement des Prüf-Stromrichters und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit umfasst, oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes umfasst, und ebenso wenn dV1/dt und C1 des Prüf-Stromrichters derart eingestellt sind, dass sie die oben beschriebene erste Bezugsgleichung erfüllen, der Gleichtaktstrom Ic an den der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angepasst oder im wesentlichen angepasst werden und die Genauigkeit der Rauschunempfindlichkeit kann vergrößert werden.
Wenn das dV1/dt und C1 des Prüf-Stromrichters derart eingestellt sind, dass sie die oben beschriebenen zweiten Bezugsgleichungen anstelle der ersten Bezugsgleichungen erfüllen, kann der Gleichtaktstrom Ic größer gemacht werden als der der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und es ist möglich, zu bestätigen, dass die Steuerschaltung unter Zuständen, die strenger sind als die des Endproduktes, nicht versagt. Folglich kann das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung die Zuverlässigkeit vergrößern, während der Grenzbereich der Rauschunempfindlichkeit aufrechterhalten bleibt.
Wenn das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung derart konfiguriert ist, dass sie zusätzlich eine Spannungseinstelleinheit hat, welche die Stromquellenspannung einstellt, welche dem Prüf-Stromrichter zugeführt wird, kann das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung als zweckdienlich für eine allgemeine Verwendung mit Stromrichtern aufgefasst werden, welche Endprodukte sind, und eine Vielzahl von Einbauspezifikationen und Ausgabeformen für unterschiedliche Anwendungsfälle aufweisen.
Wenn das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung so konfiguriert ist, dass sie zusätzlich eine Systemimpedanz-Simulationseinheit hat, welche eine Systemimpedanz in einer Vorstufe des Prüf-Stromrichters simuliert, ist es möglich, einen Rauschimmunitätstest durchzuführen, welcher die Wirkung der Systemimpedanz berücksichtigt.
1 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Prüfgeräts für eine Stromrichtervorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 zeigt das Prüfgerät einer in 1 dargestellten Stromrichtervorrichtung, bei welcher ein Kondensator zwischen einem Stromfluktuationspunkt einer Wechselrichterschaltung und einer Wärme abstrahlenden Rippe vorgesehen ist;
3 zeigt das Prüfgerät einer Stromrichtervorrichtung gemäß 1, in welcher ein Impedanzelement zwischen dem Stromfluktuationspunkt der Wechselrichterschaltung und Erde vorgesehen ist;
4 zeigt das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung gemäß 1, in welcher ein Impedanzelement zwischen dem Stromfluktuationspunkt der Gleichrichterschaltung und Erde vorgesehen ist;
5 zeigt das Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer ein magnetisches Feld abstrahlenden Einrichtung, welche ein magnetisches Feld auf die Steuerschaltung des Prüfgeräts abstrahlt;
6A ist eine schematische Darstellung eines Prüf-Stromrichters, welche eine Streu-Kapazität zwischen einem Ausgangsanschluss einer Wechselrichterschaltung und einer Wärme abstrahlenden Rippe zusammen mit einem Kondensator zeigt, der zwischen dem Ausgangsanschluss der Wechselrichterschaltung und der Wärme abstrahlenden Rippe vorgesehen ist;
6B zeigt eine Wellenform über die Zeit von Strom und Spannung eines Ausgangsanschlusses einer Wechselrichterschaltung und eine Wellenform über die Zeit eines Gleichtaktstroms, welcher fließt, wenn ein Schaltelement der Wechselrichterschaltung in dem Prüf-Stromrichter ein- und ausgeschaltet wird;
7 zeigt einen Gate-Widerstand, welcher zwischen einem Schaltelement einer Wechselrichterschaltung und einer Gate-Ansteuerschaltung angeschlossen ist, und einen Gate-Kondensator, welcher zwischen einem Gate und einem Emitter eines Schaltelementes in dem Prüf-Stromrichter angeschlossen ist;
8 zeigt eine Wellenform über die Zeit von Strom und Spannung eines Ausgangsanschlusses einer Wechselrichterschaltung und eine Wellenform über die Zeit des Gleichtaktstroms, welcher fließt, wenn ein Schaltelement der Wechselrichterschaltung in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und der Prüfeinrichtung (Teil 1) ein- und ausgeschaltet wird;
9 zeigt eine Wellenform über die Zeit von Strom und Spannung eines Ausgangsanschlusses einer Wechselrichterschaltung und eine Wellenform über die Zeit des Gleichtaktstroms, welcher fließt, wenn ein Schaltelement der Wechselrichterschaltung in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Prüfgerät (Teil 2) ein- und ausgeschaltet wird;
10 zeigt eine Konfiguration (Typ 1) zum Einstellen der Spannung in dem Prüfgerät der vorliegenden Ausführungsform;
11 zeigt eine Konfiguration (Typ 2) zum Einstellen der Spannung in dem Prüfgerät der vorliegenden Ausführungsform;
12 zeigt eine Konfiguration (Typ 3) zum Einstellen der Spannung in dem Prüfgerät der vorliegenden Ausführungsform;
13 zeigt eine Konfiguration (Typ 1) einer Systemimpedanz-Simulationseinheit, welche eine Bezugsimpedanz liefert;
14 zeigt eine Konfiguration (Typ 2) einer Systemimpedanz-Simulationseinheit, welche eine Bezugsimpedanz liefert;
15 zeigt eine Konfiguration einer Systemimpedanz-Simulationseinheit, welche eine Funktion hat, die eine veränderliche Einstellung der Impedanz ermöglicht;
16 zeigt das herkömmliche Prüfverfahren für eine Stromrichtervorrichtung (erste Darstellung), und
17 zeigt das herkömmliche Prüfverfahren für eine Stromrichtervorrichtung (zweite Darstellung).
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden in näheren Einzelheiten unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
1 ist eine Darstellung des Aufbaus eines Prüfgeräts für eine Stromrichtervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in 1 gezeigte Stromrichtervorrichtung 10 der vorliegenden Ausführungsform ist durch einen Prüf-Stromrichter 11, welcher eine Ausgangskapazität aufweist, die niedriger ist als die eines Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und eine Steuerschaltung 12 gebildet, welche den Prüf-Stromrichter 11 steuert. Die in 1 veranschaulichte Steuerschaltung 12 ist an den Prüf-Stromrichter 11 angeschlossen, statt an den Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angeschlossen zu sein, wie dies in 16 gezeigt ist.
Der Prüf-Stromrichter 11 richtet eine angelegte Wechselspannung mit einer durch eine Diodenbrücke gebildeten Gleichrichterschaltung 13 gleich, wandelt den mit einer Glättungskapazität 14 geglätteten Gleichstrom in eine Wechselspannung mittels einer dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 um, welche durch eine Vielzahl von Halbleiter-Schaltelementen 15-1, 15-2, 16-1, 16-2, 17-1, 17-2 gebildet ist, und gibt die Wechselspannung an eine Last (Motor oder dergleichen) 23 aus. Die Last 23 ist durch gestrichelte Linien in 1 dargestellt, um die Möglichkeit des unten beschriebenen Falls anzuzeigen, bei welchem keine Last angeschlossen ist. Elektrische Stromsensoren 19-1, 19-2 wandeln einen Wechselstrom, welcher zu dem Ausgangsanschluss einer u-Phase und dem Ausgangsanschluss einer w-Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 fließt, in eine Erfassungsspannung (Wechselspannung) um, die dessen Größe entspricht, und geben die Erfassungsspannung als Stromerfassungssignal zur Steuerschaltung 12 ab.
Die Steuerschaltung 12 erhält die durch die Gleichrichterschaltung 13 gleichgerichtete Gleichspannung und die Erfassungsspannung, welche der Größe des durch den Prüf-Stromrichter 11 abgegebenen Wechselstromes entspricht, erzeugt ein Gate-Ansteuersignal, welches eine Gate-Spannung der Halbleiter-Schaltelemente steuert, und gibt das Gate-Ansteuersignal an Gate-Ansteuerschaltungen (1 zeigt lediglich Gate-Ansteuerschaltungen 21-1, 21-2 entsprechend den Halbleiter-Schaltelementen 15-1, 15-2; weitere Gate-Ansteuerschaltungen sind weggelassen) aus.
Ferner, wie in 1 gezeigt, wird eine Rausch- oder Störspannung von mehreren Kilovolt durch eine Hochfrequenz-Spannungsanlegeeinrichtung 22 zwischen einem elektrischen Potentialabschnitt, der als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung 12 dient, und einem Erdpotentialabschnitt (in 1 ist das Metallgehäuse 24 geerdet) des Prüf-Stromrichters 11 angelegt und führt einen Unempfindlichkeitstest bezüglich elektromagnetischen Rauschens durch, um zu bestätigen, dass die Steuerschaltung 12 nicht versagt. In der oben stehenden Erläuterung ist der Prüf-Stromrichter 11 so konfiguriert, dass er eine Wechselspannung eingibt und diese gleichrichtet, wobei der Prüf-Stromrichter 11 ebenfalls derart konfiguriert sein kann, dass er eine Gleichspannung anstelle der Wechselspannung ohne Verwendung der Gleichrichterschaltung 13 eingibt.
Beispielsweise wird bevorzugt, dass dann, wenn der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung mit einer Wandlerschaltung versehen ist, die eine Gleichrichterschaltung hat, welche die eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt, und einen Glättungskondensator, welcher die von der Gleichrichterschaltung ausgegebene Gleichspannung glättet, und die von der Wandlerschaltung ausgegebene Gleichspannung als Gleichspannung an die Wechselrichterschaltung des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angelegt wird, der Prüf-Stromrichter 11 ebenfalls, wie in 1 veranschaulicht, mit einer Prüf-Wandlerschaltung versehen ist, die die Gleichrichterschaltung 13 hat, welche die eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung wandelt, sowie den Glättungskondensator 14, welcher den von der Gleichrichterschaltung ausgegebenen Gleichstrom glättet und die Gleichspannung, welche von der Prüf-Wandlerschaltung ausgegeben wird, als Gleichspannung an die Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 des Prüf-Stromrichters 11 angelegt wird.
Tatsächlich ist der oben beschriebene elektrische Potentialabschnitt, welcher als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung 12 dient, wie hier beschrieben, eine Signalmasse einer CPU (Hauptprozessor), welche in der Steuerschaltung 12 angeordnet ist, eine Signalmasse eines Isolationsabschnittes (mit anderen Worten ein leitender Abschnitt an einem von anderen Schaltungsteilen isoliertem Ort), welcher in der Steuerschaltung 12 angeordnet ist, oder dergleichen. Wenn der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung bei einer Spannung von mehreren hundert Volt arbeitet, arbeiten diese Plätze in der Steuerschaltung 12 bei einer Spannung von einigen Volt. Folglich kann ein Versagen leicht auftreten. Ferner kann die Prüfung ebenfalls durchgeführt werden, indem statt der Signalmasse jeder Punkt auf der Schaltung in der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, die ein Prüfgegenstand ist, als ein Potentialabschnitt, der als Bezug dient, verwendet wird.
Die Ausgangskapazität eines Stromrichters wird entsprechend der Kapazität einer Last bestimmt. Somit wird die Spannung, welche an die Last angelegt werden muss und der elektrische Strom, welcher zu fließen hat, ebenfalls dem Stromrichter zugeordnet. Folglich sind die Spezifikationen der hauptsächlichen Baubestandteile (Nenn-Kapazitäten aktiver Komponenten, wie die Halbleiter-Schaltelemente und passiver Komponenten, wie Recktanzen, Größe der Kühlrippen zum Kühlen dieser Bauteile, Größe der Rippen zur Belüftung, usw.) des Stromrichters auf diese Weise bestimmt. Typischerweise ist, je größer die Nenn-Kapazitäten dieser Bauteile des Stromrichters sind, der erzeugte Verlust (das heißt, die Menge der Wärme) desto größer, und die Abmessungen werden hauptsächlich vergrößert, um gegen diese Verluste Maßnahmen zu ergreifen.
Beispielsweise sei ein Halbleiter-Schaltelement betrachtet. Die Oberfläche des Halbleiterabschnitts eines Halbleiter-Schaltelementes nimmt nahezu proportional zum elektrischen Strom zu, welcher darin fließen soll. Ferner muss die erzeugte Wärme, wenn der elektrische Strom in dem Halbleiter-Schaltelement fließt, zur Außenseite des Halbleiter-Schaltelementes abgeleitet werden, um zu verhindern, dass die Temperatur des Halbleiter-Schaltelementes ansteigt. Die erzeugte Wärmemenge ist jedoch proportional zu der an das Halbleiter-Schaltelement angelegten Spannung und dem darin fließenden elektrischen Strom. Folglich muss ein Kühlelement, das dazu dient, die durch das Halbleiter-Schaltelement erzeugte Wärme abzustrahlen, als Folge der Zunahme der Oberfläche des Halbleiter-Schaltelementes ebenfalls in seiner Größe zunehmen.
Beispielsweise im Falle eines Wandlers zur allgemeinen Verwendung für eine Motoransteuerung beträgt das Volumen einer Einheit, die für 5.5 kW bestimmt ist, etwa 10,000 cm³, während das Volumen einer Einheit, die für 55 kW bestimmt ist, etwa 70,000 cm³ beträgt.
Betrachtet man diese Beziehung in umgekehrter Richtung, um die Steuerschaltung 12 an einen Stromrichter anzuschließen, welcher eine große Ausgabekapazität aufweist, entsprechend der eines Endproduktes, um einen Rauschimmunitätstest mit großer Genauigkeit durchzuführen, muss eine große Fläche für diesen Test gewährleistet werden. Dies ist vom Standpunkt der Kosten und erforderlichen Arbeit zur Erzeugung der Testanlage schwierig.
Ferner ist es bei der in 1 gezeigten Konfiguration durch Verwendung des Prüf-Stromrichters 11, welcher eine Konfiguration aufweist, die identisch dem Stromrichter ist, welcher ein Endprodukt ist, und eine niedrigere Ausgangskapazität aufweist, möglich, Fluktuationen des elektrischen Potentials (Rauschen) zu erzielen, die beispielsweise in der Verdrahtung der angeschlossenen Steuerschaltung 12 erzeugt werden, welche gleich (nahezu) dem elektrischen Potential in dem Fall des angeschlossenen Stromrichters sind, welcher ein Endprodukt ist, ohne es erforderlich zu machen, eine große Fläche für die Prüfung vorzusehen und somit Raum zu sparen.
Die Schaltungskonfiguration des Prüf-Stromrichters 11, die in 1 gezeigt ist, kann identisch mit der des Stromrichters sein, welcher ein Endprodukt ist, jedoch können auch unterschiedliche Schaltungssysteme innerhalb eines Bereiches verwendet werden, in welchem das beispielsweise in der Verdrahtung der angeschlossenen Steuerschaltung 12 erzeugte Rauschen demjenigen identisch gemacht wird, welches mit dem Stromrichter erzielt wird, welcher ein Endprodukt ist, indem Halbleiter-Schaltelemente EIN/AUS geschaltet werden. Bei einer derartigen Konfiguration ist es möglich, einen Rauschimmunitätstest durchzuführen, welcher zumindest das Rauschen simuliert.
Auf der anderen Seite ist die Steuerschaltung auf der Basis der Logik konfiguriert, welche erforderlich ist, die vorbestimmte Leistung und Funktionen des Stromrichters zu erzielen, und die Beziehung mit der Ausgangskapazität des Stromrichters ist schwach. Folglich hängen die Abmessungen der Steuerschaltung praktisch nicht von der Ausgangskapazität des Stromrichters ab. Beispielsweise können der Wechselrichter, welcher für allgemeine Anwendungen bei 5.5 kW bemessen ist, und der Wechselrichter, welcher für allgemeine Anwendungen bei 55 kW bemessen ist, können mittels derselben Steuerschaltung betrieben werden.
Folglich ist die in 1 veranschaulichte Steuerschaltung 12 unter einer Annahme konstruiert, dass sie in dem Endprodukt verwendet wird. Eine Rauschspannung von mehreren Kilovolt wird zwischen dem elektrischen Potentialabschnitt, welcher als Bezug der Steuerschaltung 12 dient, und dem Erdpotentialabschnitt des Prüf-Stromrichters 11 mittels der oben beschriebenen Hochfrequenz-Spannungsanlegeeinrichtung 22 angelegt, und wenn die Steuerschaltung 12 versagt (beispielsweise die in der Steuerschaltung 12 angeordnete CPU verliert die Steuerung und die Vorrichtung wird durch eine Sicherheitseinrichtung angehalten), dann wird die Modifikation der Steuerschaltung 12 durchgeführt.
Es gibt zwei Hauptwirkungen, die durch elektromagnetisches Rauschen auf die Steuerschaltung des Stromrichters ausgeübt werden. Die erste ist die Variation der Spannung des Stromrichters, das heißt die Fluktuation der Spannung, welche wegen des EIN/AUS-Schaltens der Halbleiter-Schaltelemente des Stromrichters erzeugt wird, und die zweite ist die Variation eines magnetischen Feldes, welches durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der in dem Stromrichter fließt.
Unter diesen werden die erst erwähnten Spannungsfluktuationen auf die gleiche Weise erzeugt, wie im Falle des fließenden Stroms, selbst wenn kein Laststrom in dem Stromrichter fließt. Unter Verwendung dieses Merkmals wird bei dem mit dem Prüf-Stromrichter 11, wie er in 1 gezeigt ist, durchgeführten Rauschimmunitätstest keine Last an den Prüf-Stromrichter 11 angeschlossen und die Enden des elektrischen Leiters, welcher das Ausgangssignal der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 des Prüf-Stromrichters 11 empfängt, sind offen oder eine Last, welche eine Ausgangskapazität hat, die niedriger ist als die Ausgangskapazität des Stromrichters 11, wird angeschlossen und ein elektrischer Strom, welcher in der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 des Prüf-Stromrichters 11 fließt, wird verringert.
Auf diese Weise ist es möglich, einen Rauschimmunitätstest in Bezug auf Spannungsfluktuationen durchzuführen, welcher nahezu identisch mit dem Test ist, welcher durchgeführt wird, wenn eine Nenn-Last angeschlossen ist.
Wenn eine Last angeschlossen wird, ist es notwendig, einen Raum zum Einbau der Last sicherzustellen, und die durch die Last verbrauchte Energie muss in Wärme umgewandelt oder in der Energiequelle wiedergewonnen werden. Ferner muss die Größe der Kühleinrichtung entsprechend vergrößert werden oder eine spezielle Einrichtung zur Wiedergewinnung der Energie für die Energiequelle muss vorgesehen werden, wodurch die Struktur komplexer wird. Diese Probleme werden durch Verwendung der vorgeschlagenen Technik gelöst.
In einem Halbleiter-Stromrichter werden Warme abstrahlende Rippen typischerweise an den Halbleiter-Schaltelementen angebracht. Die Wärme abstrahlenden Rippen sind typischerweise geerdet. Bei einer derartigen Konfiguration ist zwischen den Wärme abstrahlenden Rippen und den Halbleiter-Schaltelementen eine Streu-Kapazität vorhanden, und ein elektrischer Strom fließt über die Streu-Kapazität, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN/AUS geschaltet werden. Dies ist der sogenannte Gleichtaktstrom, welcher elektromagnetisches Rauschen erzeugt. Folglich, wenn ein Halbleiter-Schaltelement mit einer Ausgangskapazität, die niedriger ist als die des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung bei dem in 1 gezeigten Prüf-Stromrichter 11 verwendet wird, muss der Unterschied der Streu-Kapazität, welche durch den Unterschied in der Ausgangskapazität erzeugt wird, berücksichtigt werden.
Allgemein hat die Spitze eines Schaltelementes mit einer großen Ausgangskapazität eine große Oberfläche und folglich ist seine Streu-Kapazität ebenfalls groß. In einem IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), welcher ein repräsentatives Schaltelement darstellt, ist der Wert der Streu-Kapazität mehrere hundert pF bei einem Transistor, welcher für 600 V und 120 A klassifiziert ist. Der Wert des Gleichtaktstroms wird durch die Amplitude der angelegten Spannung, die Zeitvariationsrate und den Wert der Streu-Kapazität bestimmt. Folglich, selbst wenn die beiden ersteren Faktoren (Amplitude der angelegten Spannung und Zeitvariationsverhältnis) an diejenigen des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung durch Konstruktion der Schaltung oder Einstellungen angepasst werden, ist, da die Ausgangskapazität des Schaltelementes unterschiedlich ist und die Spitzenoberfläche ebenfalls unterschiedlich ist, der Wert der Streu-Kapazität derart, dass er nicht direkt an den des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angepasst werden kann. Der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung weist eine Ausgangskapazität auf, die größer ist als die des Prüf-Stromrichters, der Gleichtaktstrom ist größer und die Umstände elektromagnetischen Rauschens werden härter. Folglich sind die Zustände elektromagnetischen Rauschens bei dem Prüf-Stromrichter 11 milder und er kann ungeeignet sein, um zu erfassen, ob die Zustände der Rauschunempfindlichkeit bei dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung erfüllt werden.
Dieses Problem kann gelöst werden, indem Kondensatoren 26, 27, 28 hinzugefügt werden, welche eine Unterschiedseinstelleinheit bilden, um einen Unterschied in einer elektrischen Kenngröße zwischen dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Prüf-Stromrichter 11 einzustellen, und zwar zwischen der Wärme abstrahlenden Rippe 25 und einem Ausgangsanschluss einer Brücke (zwischen einem oberen Ast und einem unteren Ast jeder Phase) der in 2 gezeigten Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 in dem Prüf-Stromrichter 11, wie er in 1 dargestellt ist.
Somit sind die Kondensatoren 26, 27, 28, welche Kapazitäten C3 (= C1 – C2) aufweisen, was einen Unterschied zwischen einer Streu-Kapazität C1 zwischen der Wärme abstrahlenden Rippe und einem Halbleiter-Schaltelement jeder Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und einer Streu-Kapazität C2 zwischen einer Wärme abstrahlenden Rippe 25 und dem Halbleiter-Schaltelement jeder Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 des Prüf-Stromrichters 11 darstellt, parallel zur Streu-Kapazität angeschlossen.
Als Ergebnis kann die elektrostatische Kapazität zwischen einem Ausgangsanschluss der dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 in dem Prüf-Stromrichter 11 und der Wärme abstrahlenden (Kühl-) Rippe (zweite Wärme abstrahlende Rippe) 25, an welcher die Halbleiter-Schaltelemente angebracht sind, die die dreiphasige Wechselrichterschaltung 18 bilden, gleich oder im wesentlichen gleich der elektrostatischen Kapazität zwischen einem Ausgangsanschluss der dreiphasigen Wechselrichterschaltung und der Wärme abstrahlenden Rippe (erste Wärme abstrahlende Rippe) in dem Stromrichter gemacht werden, der ein Endprodukt ist, und ein Rauschtest, welcher die Streu-Kapazität zwischen der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung und der Wärme abstrahlenden Rippe in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung berücksichtigt, kann durchgeführt werden.
Die Impedanz des Kondensators hat eine Frequenzcharakteristik und der Kondensator hört auf, bei einem hohen Frequenzband unter der Wirkung einer Störimpedanz als Kondensator zu arbeiten. Folglich muss der Kondensator so gewählt werden, dass die Impedanzcharakteristik in dem Frequenzband, welches ein Problem wird, dicht an die Streu-Kapazität bezüglich des Falls gelangt, in welchem der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angeschlossen ist.
Eine Last (Motor oder dergleichen), die an einen Halbleiter-Stromrichter angeschlossen ist, hat häufig eine Impedanz zur Erde (Streu-Impedanz). Wenn somit ein Gehäuse oder Rahmen einer Last geerdet ist, fließt ein elektrischer Strom, welcher den Spannungsvariationen zur Erde der Last entspricht, über die Streu-Kapazität zwischen dem Strom leitenden Abschnitt der Last und dem Gehäuse oder Rahmen. Dieser Strom ist ferner äquivalent zu einem Gleichtaktstrom und erzeugt ein elektromagnetisches Rauschen. Folglich vom Standpunkt der Durchführung einer genaueren Bewertung von Rauschempfindlichkeit ist es wünschenswert, dass die Umstände für diesen Punkt an diejenigen angepasst werden, die im Falle vorliegen, wenn der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angeschlossen ist.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass Impedanzelemente 31, 32, 33 äquivalent zur Impedanz zur Erde der Last zwischen dem Erdpotentialabschnitt und einem Ausgangsanschluss jeder Phase der dreiphasigen Wechselrichterschaltung (Brückenschaltung) 18 in dem Prüf-Stromrichter 11 angeschlossen werden, um die Unterschiedseinstelleinheit zu erzielen, wie sie in 3 dargestellt ist. Da die Impedanz zur Erde der Last typischerweise ausreichend größer ist als die Impedanz der Last, ist es ausreichend, ein Impedanzelement einer kleinen Kapazität zu verwenden, bei welcher der Energieverbrauch kein Problem darstellt.
Der Kapazitätsanteil der Streu-Kapazität tritt typischerweise als eine Impedanz zur Erde der Last auf und nach dieser Frequenz erscheint die Induktionskomponente der Streu-Impedanz als Impedanz zur Erde der Last. Wenn die Frequenz weiter zunimmt, treten die Kapazitätsanteile und Induktionsanteile verschiedener Abschnitte auf und eine komplexe Impedanzcharakteristik wird erzielt. Bei der vorgeschlagenen Prüfung müssen zumindest die Anteile, welche der elektrostatischen Kapazität und der Streu-Impedanz äquivalent sind, simuliert werden. Die Impedanz bei der oben beschriebenen Frequenz wird unter Berücksichtigung der Wirkung auf das elektromagnetische Rauschen simuliert.
In jedem Fall kann eine Unterschiedseinstelleinheit erhalten werden, indem im Voraus eine Frequenzcharakteristik der Streu-Impedanz einer Last (Motor oder dergleichen) gemessen wird, welche an den Ausgangsanschluss über einen Leiter angeschlossen ist, und dies als Frequenz charakteristik gesehen von dem Erdpotentialabschnitt und dem Ausgangsanschluss der Wechselrichterschaltung in dem Stromrichter, der ein Endprodukt ist, wobei jedes in 3 gezeigte Impedanzelement als Netzwerkschaltung unter Verwendung eines Kondensators, einer Spule, eines Widerstandes und dergleichen konfiguriert wird, wodurch die Parameter dafür derart eingestellt wurden, dass die Konfiguration eines Prüfgeräts entsprechend den gemessenen Daten möglich ist. Ein derartiges Verfahren wird im folgenden Dokument beschrieben.
[Nicht-Patent Dokument 1] Sasaki, Tamate, Toba: „Taju Kyoshinten-o Motsu Judo Soshi-no Kotaiiki Moderuka Ho" („Breitband-Modellierverfahren von passiven Elementen mit multiplen Resonanzpunkten"), Heisei 19 Nen Denki Gakkai Zenkoku Taikai Koen Ronbunshu (2007 Annual Conference Paper by The Institute of Electrical Engineers of Japan), 4-041 (2007).
Eine Impedanz auf der Seite der Stromquelle erzeugt ferner eine starke Wirkung auf die Rauscheigenschaft in der gleichen Weise, wie die oben beschriebene Impedanz zur Erde der Last. Folglich ist es wünschenswert, dass die Impedanz auf der Seite der Stromquelle in dem Prüf-Stromrichter 11, an die angepasst wird, welche vorliegt, falls der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung angeschlossen ist.
Dies kann dadurch erreicht werden, dass ein äquivalentes Impedanzelement auf der Seite der Stromquelle angeschlossen wird. Folglich ist es wünschenswert, dass die Simulation bezüglich der Seite der Stromquelle dadurch erfolgt, dass eine Unterschiedseinstelleinheit vorgesehen wird, in welcher eine Impedanz 35 zur Erde und Impedanzen 36, 37, 38 der Stromquelle 39 hinzugefügt werden, wie dies in 4 gezeigt ist.
Ein Rauschimmunitätstest, welcher eine Vielzahl von Techniken von den oben beschriebenen Techniken zur Simulierung der Streu-Kapazität zwischen den Halbleiter-Schaltelementen und Wärme abstrahlenden Rippen, Last und Stromquellenimpedanz anwendet, kann durchgeführt werden. Bei diesen Techniken können die notwendigen Faktoren verwendet werden, indem der Grad der durch jeden Faktor erzeugten Wirkung berücksichtigt wird. Als ein Ergebnis ist es möglich, die Rauschunempfindlichkeit der Steuerschaltung 12 unter Umständen zu bewerten, die nahezu denjenigen in dem Fall entsprechen, in welchem der Stromrichter, der ein Endprodukt ist, angeschlossen ist.
Somit ist es durch Verwendung des Prüf-Stromrichters 11 möglich, einen Rauschimmunitätstest durchzuführen, indem die Potentialfluktuationen des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung moduliert werden. Die oben beschriebenen Techniken können jedoch nicht ein magnetisches Feld simulieren, welches durch den elektrischen Strom erzeugt wird, der in dem Stromrichter fließt, welcher ein Endprodukt ist, und die Wirkung des magnetischen Feldes kann nicht ausgewertet werden.
Dieses Problem kann dadurch gelöst werden, dass ein Rauschimmunitätstest durchgeführt wird, bei dem der Prüf-Stromrichter 11 verwendet wird, während getrennt die Steuerschaltung 12 oder die an die Steuerschaltung 12 angeschlossene Verdrahtung mit Magnetfeld-Strahleinrichtungen 41, 42 bestrahlt wird, wie dies in 5 gezeigt ist.
Ein magnetisches Feld wird durch einen in einer Spule fließenden elektrischen Strom erzeugt. Folglich wird eine Einrichtung mit einer Konfiguration, in welcher eine Spule an eine Stromquelle variabler Frequenz oder Amplitude angeschlossen ist, als Magnetfeld-Strahleinrichtung verwendet. Ferner ist es durch Bestrahlung der Steuerschaltung 12 oder Verdrahtung mit dem magnetischen Feld des Spulenabschnitts der Magnetfeld-Bestrahleinrichtung möglich, ein Magnetfeld zu simulieren, welches durch elektrischen Strom erzeugt wird, der in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung fließt.
Verschiedene Maßnahmen, wie beispielsweise das Vorsehen eines Abstands zwischen einem Stromrichter und einer Steuerschaltung und Erzeugen einer magnetischen Abschirmung werden in den Halbleiter-Stromrichtern verwendet, um die Wirkung des magnetischen Feldes, welches durch den elektrischen Strom des Stromrichters auf die Steuerschaltung erzeugt wird, zu mindern. Folglich ist das magnetische Feld, welches tatsächlich die Steuerschaltung oder dergleichen erreicht, im Vergleich mit dem in der Nähe der Erzeugungsquelle ziemlich klein. Andererseits erreicht, da die Spule der Magnetfeld-Bestrahleinrichtung dazu gebracht werden kann, den Bereich in der Nähe der Steuerschaltung oder dergleichen zu überstreichen, das magnetische Feld, welches durch die Spule erzeugt wird, die Steuerschaltung oder dergleichen praktisch ohne irgendwelche Dämpfung. Folglich wird eine Magnetfeld-Bestrahleinrichtung kleiner Kapazität ausreichend sein.
Die Intensität des magnetischen Feldes, welches zur Bestrahlung verwendet werden muss, muss bestimmt werden, indem die Intensität des magnetischen Feldes, welches durch den Stromrichter, der ein Endprodukt ist, erzeugt wird, und der Grad der Dämpfung des magnetischen Feldes, ehe dies die Steuerschaltung erreicht, berücksichtigt wird.
Betreffend den ersten Faktor, das heißt das durch den Stromrichter der Stromrichtervorrichtung erzeugte magnetische Feld, unterscheidet sich die Intensität desselben erheblich, nicht nur abhängig von dem in dem Stromrichter fließenden elektrischen Strom, sondern zusätzlich von dem Typ von Maßnahmen, die getroffen wurden, um den erzeugten magnetischen Fluss zu verringern. So erzeugt ein elektrischer Strom, welcher in einem Leiter fließt, einen magnetischen Fluss, und ein Verfahren zum Anordnen einer Rückkehrschaltung, in welcher der gleiche Strom in der Nähe des Leiters und parallel zu diesem fließt, wird als Technik verwendet, um den magnetischen Fluss zu verringern. Beispielsweise ist die Anordnung von zwei Stromversorgungswegen, positiv und negativ, welche an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, im Falle der Versorgung mit Gleichstrom äquivalent zu einer derartigen Technik. Wenn eine derartige Maßnahme getroffen wird, wird der erzeugte magnetische Fluss erheblich durch die Entfernung zwischen den beiden Leitern beeinflusst. Hier sind die beiden geraden Leiter parallel zueinander und der erzeugte magnetische Fluss kann theoretisch auf vergleichsweise einfache Weise gefunden werden, wobei jedoch üblicherweise die Leiter gekrümmt statt gerade sind, oder der Raum zwischen den beiden linearen Leitern wegen der durch die Struktur der Vorrichtung gegebenen Begrenzungen nicht gleichmäßig ist. Folglich ist das Feststellen des erzeugten magnetischen Flusses nahezu immer unmöglich.
Betreffend den Grad der Dämpfung des erzeugten magnetischen Feldes, ehe dies die Steuerschaltung erreicht, wobei dies letzterer der oben beschriebenen Faktoren ist, können die Berechnungen durchgeführt werden, wenn der Stromrichter (welcher ein Endprodukt ist), der als Quelle der Erzeugung eines magnetischen Feldes dient, und die Steuerschaltung unabhängig im Raum vorhanden sind, aber in einer tatsächlichen Vorrichtung sind eine große Anzahl anderer elektronischer Komponenten und Bauteile vorhanden, und da diese eine große Wirkung erzeugen, sind die Berechnungen schwierig.
In Anbetracht oben beschriebener Umstände ist es schwierig, das magnetische Feld in der Nähe der Steuerschaltung, welches das durch den Stromrichter der Stromrichtervorrichtung erzeugte magnetische Feld ist, theoretisch zu berechnen. Als praktische Maßnahme zur Lösung dieses Problems ist es möglich, die Intensität des magnetischen Felds in einer Vielzahl von Vorrichtungen zu messen und die Intensität des magnetischen Feldes, welches zur Bestrahlung verwendet werden muss, durch rekursive Berechnungen auf Basis der erzielten Ergebnisse zu finden.
Durch Verwenden einer derartigen Auswertungstechnik ist es möglich, einen Rauschtest durchzuführen, welcher das durch den in dem Stromrichter fließenden elektrischen Strom erzeugte magnetische Feld berücksichtigt.
Wie oben beschrieben, zeigt 1 eine Konfiguration, bei welcher das Erfassungsergebnis des Ausgangsstroms des Prüf-Stromrichters 11 in die Steuerschaltung 12 eingegeben und gesteuert wird. Wenn beispielsweise eine Feedback-Steuerung des Ausgangsstroms durchgeführt wird, muss der Ausgangsstrom erfasst und in die Steuerschaltung 12 eingegeben werden, wie dies in 1 gezeigt ist.
Als anderes Verfahren, wenn die Ausgangsspannung, die Spannung und der Strom in dem Stromrichter und dergleichen zum Steuern und Überwachen verwendet werden, wird eine Konfiguration verwendet, bei welcher die Ausgangsspannung, die Spannung und der Strom in dem Stromrichter und dergleichen erfasst und in die Steuerschaltung eingegeben werden. Mit anderen Worten wird bei der Konfiguration, bei der die Erfassung von Strom und Spannung in dem Stromrichter der Stromrichtervorrichtung mit einer Erfassungsschaltung durchgeführt wird, und der erfasste Strom und Spannung in die Steuerschaltung eingegeben werden, die Erfassung von Strom und Spannung und die Eingabe von erfasstem Strom und Spannung in die Steuerschaltung ebenfalls in gleicher Weise bezüglich des Prüf-Stromrichters durchgeführt, um den Rauschstrom zu reproduzieren, welcher durch die Erfassungsschaltung bei der Prüfung fließt.
Ferner ist, wie oben beschrieben, in dem Halbleiter-Stromrichter eine Wärme abstrahlende Rippe typischerweise an einem Halbleiter-Schaltelement angebracht. Die Wärme abstrahlende Rippe ist typischerweise geerdet. 6A ist eine schematische Darstellung, die eine Streu-Kapazität (elektrostatische Kapazität) C darstellt, welche zwischen einer Wärme abstrahlenden Rippe 25 und einem Ausgangsanschluss einer Stufe auftritt, welche durch Halbleiter-Schaltelemente 15-1 und 15-2 der Wechselrichterschaltung in dem Prüf-Stromrichter 11 gemäß 2 gestaltet ist. Eine Kapazität eines Kondensators 26 zur Unterschiedseinstellung, der in 2 gezeigt ist, ist ebenfalls teilweise in der elektrostatischen Kapazität C eingeschlossen. Folglich ist der in 2 gezeigte Kondensator 26 in 6A nicht dargestellt. Ferner entspricht diese elektrostatische Kapazität C vollständig oder im Wesentlichen der elektrostatischen Kapazität, welche zwischen einer Wärme abstrahlenden Rippe und einem Ausgangsanschluss einer entsprechenden Stufe der Wechselrichterschaltung in dem Endprodukt auftritt.
Wie in 6A gezeigt, existiert die Streu-Kapazität C zwischen der Wärme abstrahlenden Rippe 25 und dem Ausgangsanschluss zwischen den Halbleiter-Schaltelementen 15-1 und 15-2, und wenn beispielsweise das Halbleiter-Schaltelement 15-2 über diese Streu-Kapazität C EIN und AUS geschaltet wird, wird der Gleichtaktstrom Ic, welcher elektromagnetisches Rauschen erzeugt, durch Laden und Entladen der Streu-Kapazität C erzeugt.
Eine Spannungsvariationsrate des Halbleiter-Schaltelements 15-2 kann durch Erfassen der Variation über die Zeit (Wellenform über die Zeit) einer Spannung (Spannung zwischen einer Source und einem Drain) V zwischen zwei Anschlüssen des Halbleiter-Schaltelements 15-2 abgeleitet werden. Eine Spannungsvariationsrate dV/dt, welche eine Zeitabhängige der Spannung V zwischen einer Source und einem Drain eines Halbleiter-Schaltelementes (Zeitabhängige der Spannung V an dem entsprechenden Ausgangsabschluss) ist, ist einer der Faktoren, die die Amplitude und Frequenz des Gleichtaktstroms Ic bestimmen, welcher durch Laden und Entladen der Streu-Kapazität C zwischen der Wärme abstrahlenden Rippe und dem Halbleiter-Schaltelement erzeugt wird.
Wie in 6A gezeigt, wenn eine an die Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 angelegte Gleichspannung mit E bezeichnet ist (wenn eine an das Prüfgerät angelegte Gleichspannung im wesentlichen konstant ist und sich nicht ändert, ist die Gleichspannung E ebenfalls im wesentlichen konstant), ein in einem in 6A gezeigten Schaltlast der Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 fließender Strom mit I bezeichnet ist und eine Spannung an einem Verbindungspunkt der beiden in 6A gezeigten Schaltelemente mit V bezeichnet ist, dann werden sich dieser Strom I und Spannung V im Verlauf der Zeit ändern, wie dies in einem oberen Diagramm in 6B dargestellt ist. Allgemein erfüllen die Amplitude des Gleichtaktstroms Ic, die Streu-Kapazität C und die Spannungsvariationsrate dV/dt, welche eine Zeitabhängige der Spannung V ist, die folgende Gleichung (1). Amplitude von Ic = C × (dV/dt) (1)
In dem in 6B dargestellten oberen Diagramm nimmt die Spannung V in einer Einschaltperiode linear ab und nimmt in einer Ausschaltperiode linear zu. Folglich ist die Spannungsvariationsrate dV/dt sowohl in der Einschaltperiode als auch in der Ausschaltperiode konstant. Bei dem tatsächlichen Betrieb der Schaltung jedoch ändert sich die Spannung in einer komplexeren Weise über die Zeit. In jedem Fall hat hinsichtlich der Amplitude des Gleichtaktstroms Ic, wie dies in dem unteren Diagramm in 6B veranschaulicht ist, in der Einschaltperiode die Spannungsvariationsrate dV/dt einen negativen Wert und die Amplitude Ic nimmt entsprechend einen negativen Wert an, und hat in der Ausschaltperiode die Spannungsvariationsrate dV/dt einen positiven Wert und die Amplitude Ic nimmt ebenfalls einen positiven Wert an.
Eine Leitperiode T des Gleichtaktstroms Ic, die angelegte Gleichspannung E und die Spannungsvariationsrate dV/dt erfüllen die folgende Gleichung (2). T = E/(dV/dt) (2)
Der Gleichtaktstrom Ic fließt, wenn das Schaltelement ein- und ausgeschaltet wird. Es kann gesagt werden, dass die Gleichung (2) zweckdienlich ist, um eine Leitperiode T_on in der Einschaltperiode und eine Leitperiode T_off in der Ausschaltperiode zu finden.
Ferner ändert sich in Gleichung (2) der Wert der Spannungsvariationsrate dV/dt zwischen der Leitperiode, wenn ein Schaltelement eingeschaltet ist und ausgeschaltet ist, und ist nicht konstant. Als Ergebnis wird ein repräsentativer Wert der Spannungsvariationsrate dV/dt als der Wert von dV/dt in der Gleichung (2) verwendet. Verschiedene Verfahren können verwendet werden, um den repräsentativen Wert zu bestimmen. Beispielsweise kann ein Segment von Spannungsvariationen, die durch den oberen Grenzwert und unteren Grenzwert von Spannungen bestimmt werden, gefunden werden, und ΔV/Δt wird als ein repräsentativer Wert der Spannungsvariationsrate bezüglich eines Segments definiert (in diesem Fall wird es als Δt angenommen) und dies auf einer entsprechenden Zeitachse zwischen 10% und 90% (in diesem Falle wird es als ΔV genommen) dieses Spannungsvariationssegments.
Die Gleichung (1) oben zeigt, dass, falls die Spannungsvariationsrate dV/dt zunimmt, dann die Amplitude des Gleichtaktstroms Ic ebenfalls zunimmt. Die Gleichung (2) zeigt, dass, falls die Spannungsvariationsrate dV/dt zunimmt, die Leitperiode T verkürzt wird. Mit anderen Worten nimmt, wenn die Spannungsvariationsrate dV/dt zunimmt, die Amplitude des Gleichtaktstroms Ic zu und die Impulsbreite nimmt ab. Als Ergebnis nimmt das Rauschen, das eine große Anzahl von Hochfrequenzkomponenten enthält, zu.
Folglich besteht eine proportionale Beziehung zwischen der Spannungsvariationsrate dV/dt und dem Rauschen. Folglich ist es durch Anpassen oder weitgehendes Anpassen der Spannungsvariationsrate dV/dt in dem Prüfgerät an die der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung möglich, die Angemessenheit der Rauschimmunitätsbewertung in dem Prüfgerät zu vergrößern.
Ein Verfahren zum Einstellen der Spannungsvariationsrate dV/dt wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
In 7 ist ein Gate-Widerstand 44 ein Widerstand, welcher zwischen einem Halbleiter-Schaltelement (beispielsweise IGBT) 46 einer Wechselrichterschaltung eines Prüf-Stromrichters und einer Gate-Ansteuerschaltung (Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit) 43 angeschlossen ist, und ein Gate-Kondensator 45 ist ein Kondensator, welcher zwischen einem Gate und einem Emitter des Schaltelementes 46 angeschlossen ist.
Das in 7 veranschaulichte Schaltelement 46 entspricht beispielsweise irgendeinem der Schaltelemente 15-1, 15-2, 16-1, 16-2, 17-1 und 17-2, wie sie in 2 gezeigt sind.
Wenn ein IGBT als Schaltelement 46 verwendet wird, ist, je niedriger der Widerstandswert des Gate-Widerstandes 44, desto größer die Spannungsvariationsrate dV/dt, und je niedriger die Kapazität des Gate-Kondensators 45 ist, desto größer ist die Spannungsvariationsrate dV/dt.
Beispielsweise, wenn die Leitperiode des Gleichtaktstroms Ic verlängert wird, wird die Spannungsvariationsrate dV/dt verringert. Wenn sowohl der Widerstand als auch der Kondensator verwendet werden, wird die Kapazität des Gate-Kondensators 45 vergrößert, ohne dass der Widerstandswert des Gate-Widerstandes 44 zunimmt und die Spannungsvariationsrate dV/dt wird verringert, um eine Stabilität des Betriebs zu gewährleisten. Die Spannungsvariationsrate dV/dt kann ferner dadurch verstellt werden, dass lediglich entweder der Gate-Widerstand 44 oder der Gate-Kondensator 45 hinzugefügt wird.
Wie oben beschrieben, ist, je größer die Spannungsvariationsrate dV/dt ist, desto größer auch das Rauschen und hinsichtlich des Standpunkts der Rauschunempfindlichkeit werden die Bedingungen strenger. Folglich können die Prüfumstände ebenfalls strenger gemacht werden, indem die Spannungsvariationsrate dV/dt in dem Prüfgerät bezüglich derjenigen in dem Endprodukt vergrößert wird. In diesem Falle kann eine Rauschunempfindlichkeit unter Bedingungen gewährleistet werden, die sehr viel strenger sind als diejenigen hinsichtlich der erforderlichen Rauschunempfindlichkeit, so dass eine höhere Zuverlässigkeit erreichbar ist.
Ein variabler Widerstand mit einem variablen Widerstandswert kann als Gate-Widerstand verwendet werden, um auf einfache Weise die Spannungsvariationsrate dV/dt einzustellen. Alternativ kann ein Kondensator variabler Kapazität als Gate-Kondensator verwendet werden. Ferner kann eine Konfiguration verwendet werden, bei welcher der Gate-Widerstand oder der Gate-Kondensator leicht ausgetauscht werden können.
Ferner kann eine Anzahl von Werten von Stromquellenspannungen in dem Endprodukt verwendet werden. Beispielsweise kann diese Spannung 100 V betragen und kann mehrere Kilovolt sein.
Insbesondere wenn die Stromquellenspannung hoch ist, sollte besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich Sicherheit und Funktionen angewandt werden (typischerweise sind Grenzen bei Dimensionen und Materialien gegeben, um Isolationsleistung zu gewährleisten). Gleichermaßen sollte eine vorsichtige Haltung bezüglich der Prüfung der Vorrichtung eingenommen werden. Dies führt direkt zu vergrößerten Prüfkosten und verlängerten Prüfzeiten.
Bei dem vorgeschlagenen Prüfgerät kann dieses Problem dadurch verringert werden, dass die Prüfung bei einer Stromquellenspannung durchgeführt wird, die niedriger ist als die des Endprodukts. Das Einstellen einer niedrigeren Stromquellenspannung vereinfacht die Konfiguration des Prüfgeräts, vereinfacht zusätzlich das Prüfverfahren und ist hinsichtlich Kosten und Zeit von Vorteil. Da jedoch die Rauschunempfindlichkeit unter Betriebszuständen der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und Zuständen nahe den Betriebszuständen bewertet werden muss, ist ein Rauschimmunitätstest, welcher bei verringerter Stromquellenspannung durchgeführt wird, nahezu bedeutungslos.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist es durch sorgfältige Konstruktion des Prüfgeräts möglich, die Rauschunempfindlichkeit der Steuerschaltung zu ermitteln, während die Stromquellenspannung im Vergleich mit dem Stromrichter, der das Endprodukt ist, verringert wird. Dieses Verfahren wird im Folgenden beschrieben.
Vom Standpunkt der Reproduzierbarkeit von Rauschunempfindlichkeit ist das Hauptproblem, dass, wenn die Stromquellenspannung des Prüf-Stromrichters 11 gemäß 1 niedriger eingestellt wird als die des Stromrichters der Stromrichtervorrichtung der Gleichtaktstrom Ic, welcher zwischen dem Schaltelement und den Wärme abstrahlenden Rippen aufgrund des Schaltvorganges des Schaltelementes fließt, geringer wird als in dem Endprodukt.
Da die oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2), welche die Beziehung zwischen dem Gleichtaktstrom Ic (Amplitude desselben), elektrostatischer Kapazität C, Spannungsvariationsrate dV/dt, Gleichspannung E und Leitperiode T (des Gleichtaktstroms Ic) darstellen, erfüllt sind, wenn die an die Dreiphasen-Wechselrichterschaltung 18 angelegte Gleichspannung E abnimmt, wenn die Stromquellenspannung abnimmt, wird die Leitperiode T verkürzt, wenn die Spannungsvariationsrate dV/dt konstant ist, wie dies aus der Gleichung (2) folgt.
Ferner zeigt die Gleichung (1) dass dann, wenn die Spannungsvariationsrate dV/dt entsprechend der Abnahme der Gleichspannung E abnimmt, die Amplitude des Gleichtaktstroms Ic ebenfalls abnimmt. Alle diese Trends entspannen die Bedingungen bezüglich der Rauschunempfindlichkeit und erzeugen ein Hindernis für einen Test, der durchgeführt wird, um die Rauschunempfindlichkeit der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung zu gewährleisten.
Um dieses Problem zu lösen, kann in der Gleichung (1) die elektrostatische Kapazität C vergrößert werden, um die Abnahme der Spannungsvariationsrate dV/dt aufzuheben. Genauer entspricht dies der Zunahme der Kapazität der Kondensatoren 26, 27, 28, die jeder Stufe der in 2 dargestellten dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 hinzugefügt wurden. Indem dies getan wird, ist es möglich, einen Gleichtaktstrom Ic in dem Prüfgerät zu erhalten, welcher dem des Endprodukts entspricht. Ferner, selbst wenn die Spannungsvariationsrate dV/dt nicht abnimmt, kann der durch das Schalten der Halbleiter-Schaltelemente hervorgerufene Gleichtaktstrom Ic in dem Prüfgerät größer werden als der in dem Endprodukt, und die Rauschunempfindlichkeit kann unter strengeren Bedingungen ausgewertet werden.
Ein weiteres Verfahren zum Anpassen des Gleichtaktstroms Ic an den des Endprodukts, wenn eine niedrigere Stromquellenspannung in dem Prüfgerät eingestellt ist, wird im Folgenden beschrieben. Die Spannungsvariationsrate (repräsentativer Wert derselben) dV1/dt und C1 des Prüfgeräts werden eingestellt, um die durch die unten stehenden Gleichungen (3-1) und (3-2) gegebenen Beziehungen zu erfüllen oder nahezu zu erfüllen, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind. V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) (3-1) C0 × V0 = C1 × V1 (3-2)wobei V1 und V0 eine Stromquellenspannung und dV0/dt und dV1/dt repräsentative Werte (gefunden durch das oben beschriebene Verfahren) einer Spannungsvariationsrate der Halbleiter-Schaltelemente darstellen, welche die Wechselrichterschaltung in dem Prüf-Stromrichter 11 beziehungsweise dem Stromrichter der Stromrichtervorrichtung darstellen, wobei C1 eine gesamte elektrostatische Kapazität darstellt, welche in den Kondensatoren (Kondensatoren 26, 27, 28 in 2) erzeugt wird, die zwischen dem Ausgangsanschluss jeder Stufe der dreiphasigen Wechselrichterschaltung 18 und der Wärme abstrahlenden Rippe 25 in dem Prüf-Stromrichter 11 eingebaut sind und zwischen den Ausgangsanschlüssen jeder Stufe und der Wärme abstrahlenden Rippe 25, und C0 eine elektrostatische Kapazität darstellt, die zwischen den Ausgangsanschlüssen jeder Stufe der dreiphasigen Wandlerschaltung und den Wärme abstrahlenden Rippen in dem Stromrichter erzeugt wird, der ein Endprodukt darstellt.
Tatsächlich kann die Beziehung C0 × (dV0/dt) = C1 × (dV1/dt) aus den Gleichungen (3-1) und (3-2) abgeleitet werden, und wenn die Gleichungen (3-1) und (3-2) erfüllt sind, ist es klar, dass der Gleichtaktstrom in dem Endprodukt mit dem in dem Prüfgerät übereinstimmt.
Die Einstellung der Kapazität C1 wird durch Einstellung der Kapazität der zusätzlichen Kondensatoren (Kondensatoren 26, 27, 28 in 2) durchgeführt. Ferner wird die Einstellung der Spannungsvariationsrate dV1/dt dadurch durchgeführt, dass der Widerstandswert des Gate-Widerstandes und die Kapazität des Gate-Kondensators in 7 eingestellt werden.
8 (Teil 1) zeigt eine Wellenform über der Zeit eines Stromes und einer Spannung des Ausgangsanschlusses der Wechselrichterschaltung und eine Wellenform über der Zeit des Gleichtaktstroms, der fließt, wenn ein Schaltelement der Wechselrichterschaltung in einem Stromrichter, welcher ein Endprodukt ist (linke Seite), und in dem Prüfgerät (rechte Seite) ein- und ausgeschaltet wird.
Durch Durchführung einer derartigen Einstellung der Kapazität C1 und der Spannungsvariationsrate dV1/dt ist es, wie in 8 dargestellt, möglich, den Gleichtaktstrom Ic, der durch Schalten der Halbleiter-Schaltelemente in dem Prüfgerät und in dem Endprodukt erzeugt wird, anzupassen oder im wesentlichen anzupassen.
Ferner können die oben beschriebenen Gleichungen (3-1) und (3-2) entsprechend in eine Gruppe der folgenden Gleichungen (4-1) und (4-2) umgewandelt werden. V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) (4-1) C0 × V0 < C1 × V1 (4-2)
Tatsächlich kann die Gleichung C0 × (dV0/dt) < C1 × (dV1/dt) aus den Gleichungen (4-1) und (4-2) abgeleitet werden, und wenn die Gleichungen (4-1) und (4-2) erfüllt sind, ist klar, dass der Gleichtaktstrom in dem Prüfgerät größer wird als der in dem Endprodukt.
Die Spannungsvariationsrate (repräsentativer Wert derselben) dV1/dt und C1 des Prüfgeräts werden eingestellt, um die durch die obigen Gleichungen (4-1) und (4-2) gegebenen Beziehungen zu erfüllen oder nahezu zu erfüllen, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind.
9 (Teil 2) zeigt eine Wellenform über der Zeit von Strom und Spannung des Ausgangsanschlusses der Wechselrichterschaltung und eine Wellenform über der Zeit des Gleichtaktstroms, der fließt, wenn ein Schaltelement der Wechselrichterschaltung in dem Stromrichter, welcher ein Endprodukt ist (linke Seite), und dem Prüfgerät (rechte Seite) ein- und ausgeschaltet wird.
Durch Durchführung einer derartigen Einstellung der Kapazität C1 und der Spannungsvariationsrate dV1/dt ist es, wie in 9 gezeigt, möglich, den durch Schalten der Halbleiter-Schaltelemente in dem Prüfgerät erzeugten Gleichtaktstrom Ic größer zu machen als den in dem Endprodukt. Als Ergebnis können Bedingungen, die strenger sind als die des Endproduktes, der Steuereinheit während der Prüfung zugewiesen werden. Folglich ist es durch Bestätigung, dass die Steuereinheit während der Prüfung nicht versagt, möglich, einen Grenzwert für die Rauschunempfindlichkeit zu gewährleisten und die Zuverlässigkeit zu vergrößern.
Eine Vielzahl von Zuständen bezüglich der Eingangsspannung und der Anzahl von Phasen werden für den Stromrichter, der ein Endprodukt ist, verwendet, und eine Steuerschaltung, welche ein Prüfobjekt ist, wird auf Basis der Annahme einer kombinierten Verwendung mit einem derartigen Stromrichter, der ein Endprodukt ist, konstruiert. Aus diesem Grund ist es bei einem weiteren Abwandlungsbeispiel der vorliegenden Ausführungsform wünschenswert, dass der Prüf-Stromrichter eine Konfiguration hat, bei welcher die dem Prüf-Stromrichter zugeführte Spannung einstellbar ist, um der Spannung gleich zu werden, die dem Stromrichter der Stromrichtervorrichtung zugeführt wird, um so den Betrieb der Steuerschaltung in einem Zustand auszuwerten, welcher nahe dem Zustand des Anschlusses an den Stromrichter der Stromrichtervorrichtung liegt, wobei der Schwerpunkt hier unterschiedlich ist hinsichtlich einiger der oben beschriebenen Beispiele. Als Ergebnis kann das Prüfgerät für einen Stromrichter allgemein zweckdienlich für Stromrichter gemacht werden, welche ein Endprodukt sind, und eine Vielzahl unterschiedlicher Einbaubedingungen und Ausgabemodi und unterschiedliche Anwendungen aufweisen.
Die Konfiguration zum Einstellen der Spannung wird unter Bezugnahme auf die 10 und 11 im Folgenden erläutert.
10 zeigt eine Konfiguration, in welcher ein Autotransformator (beispielsweise Slidack (eingetragener Markenname)) 51 mit einer variablen Ausgabespannung, welcher eine Spannungseinstellfunktion aufweist, zwischen einer Systemstromquelle (Wechselstromquelle) 52 und einer Gleichrichterschaltung 13 vorgesehen ist.
In der in 10 dargestellten Konfiguration wird die durch die Systemstromquelle 52 abgegebene Wechselspannung in den Autotransformator 51 mit einer variablen Ausgangsspannung eingegeben und die Spannung wird auf die gewünschte Spannung erhöht und von dem Autotransformator 51 mit einer variablen Ausgangsspannung zur Gleichrichterschaltung 13 ausgegeben. Bei der in 10 veranschaulichten Konfiguration kann die Spannung offensichtlich ebenfalls auf die gewünschte Spannung herabgesetzt werden, indem der Autotransformator 51 mit variabler Ausgangsspannung verwendet wird.
Wenn hier kein Autotransformator mit variabler Ausgangsspannung vorliegt, der die Spannung auf die gewünschte Spannung anheben kann, ist ein Verstärkertransformator 55 mit einem festen Umwandlungsverhältnis vorgesehen, wie dies in 11 dargestellt ist, und zwar zwischen dem Autotransformator 51 mit einer variablen Ausgangsspannung und der Gleichrichterschaltung 13 in der in 10 dargestellten Konfiguration. In diesem Fall wird die Spannung durch den Autotransformator 51 mit einer variablen Ausgangsspannung auf eine Spannung erhöht, die niedriger ist als die gewünschte Spannung, wobei der Ausgang des Autotransformators 51 mit einer variablen Ausgangsspannung in den Verstärkertransformator 55 eingespeist wird, und die Spannung wird in diesem auf die gewünschte Spannung angehoben, welche durch den Verstärkertransformator 55 an die Gleichrichterschaltung 13 abgegeben wird.
Da die maximale Gleichstromausgangsspannung der Gleichrichterschaltung eine Netzspannung der Eingangswechselspannung der Gleichrichterschaltung 13 ist, wird das Wandlungsverhältnis des Verstärkertransformators 55 durch Rückberechnung bestimmt, um den Ausgang der notwendigen Gleichspannung zur Gleichrichterschaltung 13 zu gewährleisten.
Im Falle der in den 10 und 11 veranschaulichten Konfigurationen wird kein Halbleiter in dem Spannungseinstellabschnitt verwendet. Folglich wird durch das Schalten erzeugtes Rauschen nicht erzeugt und eine genaue Rauschunempfindlichkeitsbestimmung kann mit dem Prüfgerät durchgeführt werden.
Dennoch, da der Spannungseinstellabschnitt an der letzten Stufe der Gleichrichterschaltung 13 vorgesehen ist, obwohl die Spannung als Gleichspannung eingestellt werden soll, kann die Spannungseinstellung ebenfalls erfolgen, indem eine die Spannung erhöhende und absenkende Gleichstromstellschaltung 57 verwendet wird.
In der in 12 veranschaulichten Spannung erhöhenden und absenkenden Gleichstromstellschaltung 57 wird die Gleichspannung nach der durch die Gleichrichterschaltung 13 durchgeführten Gleichrichtung durch einen Glättungskondensator 59 geglättet und der Ausgang des Glättungskondensators 59 wird erhöht oder abgesenkt. Zusätzlich zu dem Glättungskondensator 59 umfasst die die Spannung erhöhende oder absenkende Gleichstromstellschaltung 57 ein Schaltelement 61, eine Recktanz 62, eine Diode 63 und einen Kondensator 65. Durch Einstellen des Betriebsverhältnisses eines Gate-Signals, welches das Schaltelement 61 ansteuert, ist es möglich, die von dem Schaltungsabschnitt der letzten Stufe abgegebene Spannung bezüglich der Eingangsspannung der die Spannung anhebenden und absenkenden Gleichstromstellschaltung 57 zu erhöhen oder zu erniedrigen. Ein weiterer Vorteil der die Spannung anhebenden und absenkenden Gleichstromstellschaltung 57 besteht darin, dass, da sie eine einfache Konfiguration aufweist, die Verwendung einer derartigen Schaltung es ermöglicht, das Prüfgerät in Größe und Gewicht zu verringern.
Die die Spannung erhöhende und absenkende Gleichstromstellschaltung 57 enthält jedoch das Schaltelement 61 und die Ausgangsspannung (Gleichspannung) wird eingestellt, indem das Schaltelement 61 geschaltet wird. Als Ergebnis wird die die Spannung erhöhende und absenkende Gleichstromstellschaltung 57 selbst die Quelle von durch das Schalten erzeugtem Rauschen. Ferner ist es ebenfalls möglich, dass eine Steuerschaltung, die während des Prüfens verwendet wird (sie wird ebenfalls in dem Endprodukt verwendet), aufgrund des durch die die Spannung erhöhende und absenkende Gleichstromstellschaltung 57 erzeugten Rauschens versagt. Dieses Versagen der Steuerschaltung wird nicht durch den Prüf-Stromrichter hervorgerufen, welcher den Stromrichter, der ein Endprodukt ist, simuliert.
Somit ist es, wenn die dem Prüf-Stromrichter zugeführte Spannung durch Schalten des Schaltelementes, welches den die Spannung anhebenden und absenkenden Gleichstromsteller bildet, eingestellt wird, notwendig, Maßnahmen zu ergreifen, das Rauschen des die Spannung anhebenden und absenkenden Gleichstromstellers selbst zu verringern.
Da eine Systemimpedanz des Einbauortes des Prüfgeräts (die Hauptbestandteile derselben sind ein C-Bauteil und ein L-Bauteil, welche durch die Länge der Verdrahtung, der Querschnittsfläche der Verdrahtung und dergleichen bestimmt werden) nicht konstant ist, selbst wenn ein Stromrichter unter denselben Bedingungen betrieben wird, kann der Rauschimmunitätstest in einer klaren Weise durchgeführt oder nicht durchgeführt werden, was vom Einbauort abhängt. Folglich ist es notwendig, das Prüfgerät mit einer Systemimpedanzsimulationseinheit zu versehen, welche eine Bezugsimpedanz liefert, die nicht vom Einbauort abhängt. Beispielsweise wenn ein mit dem Einbauort zusammenhängendes Problem am Einbauort auftritt, der dem Bestimmungsort der Lieferung der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung entspricht, ist eine Konfiguration erforderlich, welche treu die Einbaubedingungen der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung selbst an einem getrennten Ort (beispielsweise dem Durchführungsort des Rauschimmunitätstests) simuliert. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird eine für diese beiden Aufgaben geeignete Systemimpedanzsimulationseinheit vorgeschlagen.
Die unten stehende Erklärung wird auf der Basis der Annahme geliefert, dass die in 10 oder 11 dargestellte Konfiguration als Einstellfunktion für eine Gleichstromzwischenspannung verwendet wird.
Als erstes wird eine Systemimpedanzsimulationseinheit erläutert, die eine Bezugsimpedanz liefert.
Wenn der Autotransformator 51 mit einer variablen Ausgangsspannung oder ein Verstärkertransformator mit festem Windungsverhältnis, wie in 10 oder 11 veranschaulicht, als eine Funktion zum Einstellen der Gleichstromzwischenspannung verwendet wird, ist, da die Impedanz des Autotransformators 51 oder des Verstärkertransformators 55 hoch ist, die weiter auf der Systemseite (Stromquellenseite) hiervon angeordnete Impedanz derart, dass sie praktisch keine Wirkung auf die Schaltung ausübt. Im Falle einer derartigen Konfiguration ist es durch Vorsehen der Systemimpedanzsimulationseinheit an der hinteren Stufe bezüglich des Einstellabschnittes der in 10 oder 11 gezeigten Einstellsektion der Gleichstromzwischenspannung möglich, einen Rauschimmunitätstest durchzuführen, welcher die Systemimpedanz berücksichtigt.
In diesem Falle ist die Systemstromquelle üblicherweise ein Wechselstrom, wobei jedoch bei der vorliegenden Ausführungsform, da die Systemimpedanzsimulationseinheit in der Wechselstromeinheit angeordnet ist, eine Schaltkonstante des Impedanzelementes in der Systemimpedanzsimulationseinheit festgelegt werden muss, indem die Wechselstromkonstante in eine entsprechende Gleichstromkonstante umgewandelt wird.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird als Konfiguration der Systemimpedanzsimulationseinheit ein Pseudo-Quellenschaltungsnetzwerk (LISN, Line Impedance Stabilization Network) verwendet. Es wird angenommen, dass das LISN üblicherweise bei einem Wechselstrom verwendet wird, wobei jedoch, wie dies im Folgenden beschrieben wird, bei dem Prüfgerät der vorliegenden Ausführungsform es durch Anschluss zur letzten Stufe der Gleichrichterschaltung und der Glättschaltung verwendet wird.
13 und 14 zeigen ein Konfigurationsbeispiel, bei welchem ein LISN als Systemimpedanzsimulationseinheit verwendet wird.
In der in 14 veranschaulichten Konfiguration sind Recktanzen 85, 86 an eine Spannungsversorgungsleitung (in der Zeichnung mit „P” und „N” bezeichnet) angeschlossen, und eine Hochfrequenzimpedanz entsprechend einem normalen Betrieb wird vergrößert. Ferner durch Gewährleistung eines Bypass-Weges von Hochfrequenz-Normalbetrieb-Rauschen zu Erdkondensatoren 87, 88 wird das Lecken eines Hochfrequenz-Bauteils in das System verhindert. FG in der Zeichnung zeigt eine Erdung des Rahmens an.
Ferner ist in der in 14 gezeigten Konfiguration ein Impedanzteil zu Erde des LISN an einen Zentralpunkt einer Netzkondensator-Reihenschaltung (eine Schaltung, die durch Netzkondensatoren 91-1, 91-2, 92-1, 92-2 gebildet ist) angeschlossen, und ein Strom wird geteilt, indem die Netzkondensatoren verwendet werden, um eine Impedanz zu verringern, die sich in dem gemeinsamen Betriebsweg ausbreitet. Mit anderen Worten wird eine Schaltungskonstante der Impedanz zu Erde des LISN geändert, indem eine Gleichtaktäquivalenzschaltung gebildet wird. Beispielsweise kann bei der in 14 gezeigten Konfiguration, wenn das Endprodukt eine Dreiphasen-Eingabeeinrichtung ist, jede Kapazitätskomponente C durch einen Faktor 3 bezüglich derjenigen im Falle eines Wechselstroms erhöht werden, und jede Widerstandskomponente R kann auf ein 1/3 bezüglich derjenigen im Falle eines Wechselstroms verringert werden. Im Falle einer einphasigen Eingabeeinrichtung kann jede Kapazitätskomponente C um einen Faktor 2 erhöht und jede Widerstandskomponente R auf 1/2 verringert werden. Ferner, da die Netzkondensatoren, welche den Gleichstrommittelpunkt bilden, ausreichend die Wirkung reduzieren, die auf die Impedanz zur Erde erzeugt wird, kann ein Kondensator mit einer elektrostatischen Kapazität des etwa 10-fachen oder mehr des Erdkondensators verwendet werden. Folglich ist die Kapazität der Netzkondensatoren 91-1, 91-2 auf einen Wert des 10-fachen oder mehr des Erdkondensators eingestellt und die Kapazität der Netzkondensatoren 91-2, 92-2 ist auf einen Wert des etwa 10-fachen oder mehr des Erdkondensators 88 eingestellt.
Wo eine Gleichtakt-Äquivalenzschaltung konfiguriert ist und eine Konstantenumwandlung in der gleichen Weise wie in der in 14 gezeigten Konfiguration bezüglich Recktanzen durchgeführt wird, kann die Komponentenkonstante der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung auf 2/3 im Falle einer dreiphasigen Eingabeeinrichtung reduziert werden und im Falle einer einphasigen Eingabeeinrichtung im Bezug auf die eines üblichen LISN nicht geändert werden (keine Umwandlung ist notwendig).
In der in 13 dargestellten Konfiguration sind die Recktanzen 71, 72 an eine Spannungsversorgungsleitung angeschlossen und eine Hochfrequenzimpedanz entsprechend einem Normalbetrieb ist vergrößert. Ferner durch Gewährleistung eines Bypassweges von Hochfrequenz-Gleichtaktrauschen mit Erdkondensatoren 74, 75, 77, 81 wird das Lecken der Hochfrequenzkomponente in das System verhindert. Schaltungskomponenten werden in der gleichen Weise ausgewählt, wie dies unter Bezugnahme auf 14 erläutert wurde.
In der in 13 und 14 dargestellten Konfiguration wird ein Hochfrequenzsignal auf der Systemseite und der Schaltungsseite durch ein LISN geteilt und es wird sichergestellt, dass der Test bei einer konstanten Impedanz ohne die Wirkung der Systemimpedanz des Einbauortes durchgeführt wird.
Selbst wenn ein LISN eine Vorrichtung ist, die üblicherweise für Messungen des Rauschens der Anschlussspannung verwendet wird, da eine konstante Impedanz der Schaltung zugeführt werden kann, wie dies im Folgenden beschrieben wird, kann die Konfiguration als eine Systemimpedanzsimulationseinheit verwendet werden, die eine Bezugsimpedanz liefert.
Um eine Systemimpedanz des Einbauortes des Endprodukts an einem anderen Ort zu simulieren, ist es dennoch notwendig, eine Systemimpedanzsimulationseinheit mit einer Funktion bereitzustellen, die eine wahlweise (variable) Einstellung der Impedanz ermöglicht.
15 zeigt eine Konfiguration einer Systemimpedanzsimulationseinheit, die eine Funktion hat, welche ein variables Einstellen der Impedanz ermöglicht.
In 15 sind zusätzlich zu den Normalbetriebsimpedanzen 94-1, 94-2 der Stromquelle und den Impedanzen 95, 96 zu Erde Impedanzen 93-1, 93-2, die ausreichend größer sind (um einen Faktor von 5 bis 10) als die Impedanz der Normalbetriebsimpedanz-Simulationseinheit (Schaltung gebildet durch Impedanzen 94-1, 94-2) angeschlossen mit dem Ziel, die Wirkung auf die stromaufwärts liegende Seite des Glättungskondensators 14 zu verringern, und diese Impedanzwerte können geändert werden.
Somit macht es das Vorsehen einer Funktion, die ein wahlweises Einstellen der Impedanz ermöglicht, möglich, Einbaukonditionen zu reproduzieren, indem die Impedanz der Systemimpedanzsimulationseinheit selbst an einem anderen Ort eingestellt wird, wenn Rauschprobleme in einem Produkt nach dem Versand aufgetreten sind. Folglich ist eine derartige Lösung zweckdienlich, die Ursache der Probleme aufzufinden.
Ferner, selbst wenn die die Spannung anhebende und absenkende Gleichstromstellschaltung 57, wie sie in 12 veranschaulicht ist, verwendet wird, um die Gleichstromzwischenspannung einzustellen (diese Konfiguration ist in der Zeichnung nicht gezeigt), kann eine Systemimpedanzsimulationseinheit, wie sie in den 13, 14, 15 dargestellt ist, an der letzten Stufe der die Spannung anhebenden und absenkenden Gleichstromstellschaltung 57 vorgesehen sein.
Ferner wurde jede oben beschriebene Ausführungsform unter Bezugnahme auf den Fall erläutert, in welchem ein IGBT als Halbleiter-Schaltelement verwendet wird, wobei jedoch ein MOSFET ebenfalls als Halbleiter-Schaltelement verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- JP 2000-304794 [0012]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- Norm IEC 61000-4-6 [0012]
- [Nicht-Patent Dokument 1] Sasaki, Tamate, Toba: „Taju Kyoshinten-o Motsu Judo Soshi-no Kotaiiki Moderuka Ho” („Breitband-Modellierverfahren von passiven Elementen mit multiplen Resonanzpunkten”), Heisei 19 Nen Denki Gakkai Zenkoku Taikai Koen Ronbunshu (2007 Annual Conference Paper by The Institute of Electrical Engineers of Japan), 4-041 (2007) [0086]

Claims

Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung, enthaltend: eine Steuerschaltung, die ein Steuersignal zum Steuern von Schaltelementen liefert, einen Prüf-Stromrichter; und eine Hochfrequenzspannungsanlegeeinheit, welche eine Rauschspannung zwischen einem elektrischen Potentialabschnitt, der als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung dient, und einem Erdpotentialabschnitt des Prüf-Stromrichters anlegt.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf-Stromrichter eine Prüf-Wechselrichterschaltung enthält; und eine Last mit einer Lastkapazität, die niedriger ist als eine Ausgangskapazität des Prüf-Stromrichters, an eine Ausgangsseite der Prüf-Wechselrichterschaltung angeschlossen ist, oder keine Last an diese angeschlossen ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf-Stromrichter ferner eine Unterschiedseinstelleinrichtung enthält, die einen Unterschied in einer elektrischen Kenngröße zwischen dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Prüf-Stromrichter einstellt; und eine Rauschspannung zwischen einem elektrischen Potentialabschnitt, der als Bezug für ein Signal der Steuereinheit dient, und einem Erdpotentialabschnitt des Prüf-Stromrichters anlegbar ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter der Stromrichtervorrichtung eine mehrere Halbleiter-Schaltelemente aufweisende Wechselrichterschaltung und eine erste Kühlrippe enthält, die die Halbleiter-Schaltelemente der Wechselrichterschaltung kühlt; der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe enthält, welche Halbleiter-Schaltelemente kühlt, die die Prüf-Wechselrichterschaltung bilden; und die Unterschiedseinstelleinheit einen Kondensator enthält, welcher eine elektrostatische Kapazität C0 zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe an eine elektrostatische Kapazität C1 zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe anpasst oder im wesentlichen anpasst.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiedseinstelleinheit durch Anschluss eines jeweiligen Impedanzelements zwischen jedem Ausgangsanschluss der Prüf-Wechselrichterschaltung und dem Erdpotentialabschnitt konfiguriert ist, welche einer jeweiligen Impedanz zur Erde zwischen jedem Ausgangsanschluss der Wechselrichterschaltung der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und dem Erdpotentialabschnitt äquivalent sind.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung ferner eine Wandlerschaltung enthält, welche aufweist: eine erste Gleichrichterschaltung, welche eine eingehende Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt; und einen ersten Glättungskondensator, welcher eine Gleichspannung glättet, die von der ersten Gleichrichterschaltung ausgegeben wird, wobei eine Gleichspannung, die von der Wandlerschaltung ausgegeben ist, als Gleichspannung an die Wechselrichterschaltung angelegt wird; der Prüf-Stromrichter ferner eine Prüf-Wandlerschaltung enthält, welche aufweist: eine zweite Gleichrichterschaltung, welche eine eingegebene Wechselspannung in eine Gleichspannung umwandelt; und einen zweiten Glättungskondensator, welcher eine Gleichspannung, die von der zweiten Gleichrichterschaltung ausgegeben wird, glättet, wobei eine Gleichspannung, welche von der Prüf-Wandlerschaltung ausgegeben wird, als Gleichspannung an die Prüf-Wechselrichterschaltung angelegt wird; und die Unterschiedseinstelleinheit durch den Anschluss von Impedanzelementen zwischen jedem Eingangsanschluss der zweiten Gleichrichterschaltung und dem Erdpotentialabschnitt gebildet ist, welche Impedanzen zur Erde zwischen jedem Eingangsanschluss der ersten Gleichrichterschaltung und dem Erdpotentialabschnitt jeweils äquivalent sind.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung eine zentrale Verarbeitungseinheit enthält, die den Betrieb der Steuerschaltung steuert; und der elektrische Potentialabschnitt, welcher als Bezug für ein Signal dient, ist eine Signalmasse der zentralen Verarbeitungseinheit ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Potentialabschnitt, welcher als Bezug für ein Signal der Steuerschaltung dient, eine Signalmasse eines leitenden Teils an einem Ort ist, welcher von anderen Schaltungsabschnitten innerhalb der Steuerschaltung isoliert ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Magnetfeldstrahleinrichtung zum Aufstrahlen eines Magnetfeldes auf die Steuerschaltung.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiedseinstelleinheit – einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiter-Schaltelementes des Prüf-Stromrichters und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit enthält, oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes enthält; und – einen Widerstandswert jedes Gate-Widerstandes oder eine Kapazität jedes Gate-Kondensators einstellt, um eine Spannungsvariationsrate, wenn jedes Halbleiter-Schaltelement in dem Prüf-Stromrichter EIN und AUS ist, an eine Spannungsvariationsrate anzupassen oder im Wesentlichen anzupassen, wenn jedes entsprechende Halbleiter-Schaltelement in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung EIN und AUS ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiedseinstelleinheit – einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiter-Schaltelementes des Prüf-Stromrichters und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit enthält oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes enthält; und – einen Widerstandswert jedes Gate-Widerstandes oder eine Kapazität jedes Gate-Kondensators einstellt, um eine Spannungsvariationsrate einzustellen, wenn jedes Halbleiter-Schaltelement in dem Prüf-Stromrichter EIN und AUS ist, welche höher ist als eine Spannungsvariationsrate, wenn jedes entsprechende Halbleiter-Schaltelement des Stromrichters der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung EIN und AUS ist.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquellenspannung V1 in dem Prüf-Stromrichter niedriger eingestellt ist als eine Stromquellenspannung V0 in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter der der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe enthält, welche die Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe enthält, die die Prüf-Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; und die Unterschiedseinstelleinheit einen Kondensator enthält, welcher eine elektrostatische Kapazität C1 zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe größer macht als eine elektrostatische Kapazität C0 zwischen der Wechselrichterschaltung der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung und der ersten Kühlrippe.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter der der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe enthält, welche die Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe enthält, welche die Prüf-Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; und die Unterschiedseinstelleinheit – einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiterschaltelementes des Prüf-Stromrichters, und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit enthält, oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes enthält; und – einen Widerstandswert jedes Gate-Widerstandes oder eine elektrostatische Kapazität jedes Gate-Kondensators einstellt, um dV1/dt und C1 des Prüf-Stromrichters so einzustellen, dass die folgenden Gleichungen erfüllt sind: V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) C0 × V0 = C1 × V1,wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind, wobei V0 eine Stromquellenspannung in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung darstellt, V1 eine Stromquellenspannung in dem Prüf-Stromrichter darstellt, C0 eine elektrostatische Kapazität zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe darstellt, C1 eine elektrostatische Kapazität zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe darstellt, und dV0/dt und dV1/dt repräsentative Werte einer Spannungsvariationsrate von Halbleiter-Schaltelementen in dem Stromrichter der Stromrichtervorrichtung beziehungsweise dem Prüf-Stromrichter darstellen.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung eine erste Kühlrippe enthält, welche die Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; der Prüf-Stromrichter eine zweite Kühlrippe enthält, welche die Prüf-Wechselrichterschaltung bildende Halbleiter-Schaltelemente kühlt; und die Unterschiedseinstelleinheit – einen Gate-Widerstand zwischen einem Gate-Anschluss jedes Halbleiter-Schaltelementes des Prüf-Stromrichters und einer entsprechenden Gate-Ansteuersignal-Ausgabeeinheit enthält, oder einen Gate-Kondensator zwischen einem Gate und einem Emitter jedes Halbleiter-Schaltelementes enthält; und – einen Widerstandswert jedes Gate-Widerstandes oder eine elektrostatische Kapazität jedes Gate-Kondensators einstellt, um dV1/dt und C1 des Prüf-Stromrichters derart einzustellen, dass die folgenden Bezugsgleichungen erfüllt sind: V0/(dV0/dt) = V1/(dV1/dt) C0 × V0 < C1 × V1, wenn die Halbleiter-Schaltelemente EIN und AUS sind, wobei V0 eine Stromquellenspannung in dem Gleichrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung darstellt, V1 eine Stromquellenspannung in dem Prüf-Stromrichter darstellt, C0 eine elektrostatische Kapazität zwischen der Wechselrichterschaltung und der ersten Kühlrippe darstellt, C1 eine elektrostatische Kapazität zwischen der Prüf-Wechselrichterschaltung und der zweiten Kühlrippe darstellt, und dV0/dt und dV1/dt repräsentative Werte einer Spannungsvariationsrate der Halbleiter-Schaltelemente in dem Stromrichter der zu prüfenden Stromrichtervorrichtung, beziehungsweise in dem Prüf-Stromrichter darstellen.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend eine Spannungseinstelleinheit, welche eine dem Prüf-Stromrichter zugeleitete Stromquellenspannung einstellt.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend: eine Gleichrichterschaltung, welche eine Wechselspannung von einer Wechselstromquelle in eine Gleichspannung umwandelt; und eine Spannungseinstelleinheit, welche zwischen der Wechselstromquelle und der Gleichrichterschaltung angeordnet ist und ohne Verwendung von Halbielter-Schaltelementen konfiguriert ist, wobei eine Wechselspannung, die von der Wechselstromquelle ausgegeben wird, durch die Spannungseinstelleinheit auf eine gewünschte Spannung angehoben oder abgesenkt wird und zur Gleichrichterschaltung ausgegeben wird.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 1, ferner enthaltend: eine Gleichrichterschaltung, welche eine Wechselspannung von einer Wechselstromquelle in eine Gleichspannung umwandelt; und eine die Spannung anhebende oder absenkende Gleichstromstellschaltung, welche eine von der Gleichrichterschaltung ausgegebene Gleichspannung auf eine gewünschte Spannung anhebt oder absenkt und die Spannung an einen Glättungskondensator ausgibt.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Prüf-Stromrichter ferner eine Systemimpedanzsimulationseinheit enthält, welche eine Systemimpedanz in einer Vorstufe der Prüf-Wechselrichterschaltung simuliert.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemimpedanzsimulationseinheit ferner eine Funktion hat, die ein variables Einstellen der Impedanz ermöglicht.
Prüfgerät für eine Stromrichtervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Systemimpedanzsimulationseinheit durch ein LISN gebildet ist, welches durch Kompo nenten gebildet wird, die Komponenten-Konstanten haben, welche durch Umwandlung von Konstanten auf Basis einer Gleichtakt-Äquivalenzschaltung erhalten werden.