一种超宽动态范围信号的高精度测量方法技术

本发明专利技术涉及信号测量领域，具体是一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，其包括将被测信号分别与大、小两种信号测量电路连接；上述两种信号测量电路同时对被测信号进行测量；当被测信号为大信号时，取大信号测量电路的测量数据作为测量结果；当被测信号为小信号时，取小信号测量电路的测量数据作为测量结果。本发明专利技术通过增加一种测量臂，也即用两种测量臂同时测量信号，在测量大信号时，取大信号测量臂的测量结果，在测量小信号时，取小信号测量臂的测量结果。该技术消除了量程切换时间，在全量程范围内确保测试数据的高精度，为准确还原IGBT的开关过程、精确计算IGBT的功率损耗提供可靠数据。

A High Precision Measurement Method for Ultra Wide Dynamic Range Signal

【技术实现步骤摘要】
一种超宽动态范围信号的高精度测量方法
本专利技术涉及信号测量领域，特别涉及一种超宽动态范围信号的高精度测量方法。
技术介绍
大功率IGBT测试中，需要精确获取IGBT的截止电压和导通电压以及截止电流和导通电流，以便准确还原IGBT的开关过程，精确计算IGBT的功率损耗。大功率IGBT的导通电压一般为mV级，导通电流一般为kA级，截止电压一般为kV级，截止电流一般为mA级，电压的动态范围甚至会超过10000，目前的测试设备无法保证在如此宽的动态范围内的测量精度都满足要求，因此极小的导通电压的测量误差将会导致计算的导通损耗与实际值产生较大的偏差。这就对现有的测试技术提出了严峻的挑战。为解决动态范围与测量精度的矛盾，目前多采用量程切换的方法来实现，该方法将被测信号分为大信号和小信号，在测量大信号时采用大量程的测量电路，在测量小信号时采用小量程的测量电路，这样能够确保大信号和小信号的测试结果都精确可靠。但是在IGBT的工作频率较高时，开通时间和关断时间很短，量程切换时间将会影响开关过程的测量精度，甚至会存在开关过程完成后，量程切换的操作还没有完成的情况，这将造成较大的测量误差，降低测试数据的可信度。
技术实现思路
针对上述技术问题，本专利技术提供一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，该方法能够消除量程切换时间，精确测量快速变化的测量信号。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，其包括以下步骤：（1）将被测信号分别与大、小两种信号测量电路连接；（2）上述两种信号测量电路同时对被测信号进行测量；（3）当被测信号为大信号时，取大信号测量电路的测量数据作为测量结果；当被测信号为小信号时，取小信号测量电路的测量数据作为测量结果。作为优选，所述被测信号为IGBT集射极电压，所述大信号测量电路包括与IGBT集电极、发射极分别电连接的两个大信号测量臂，所述小信号测量电路包括与IGBT集电极、发射极分别电连接的两个小信号测量臂；其中一个大信号测量臂和一个小信号测量臂组成集电极测量电路，另一个大信号测量臂和另一个小信号测量臂组成发射极测量电路，四个测量臂在公共端接地。作为优选，其中一个大信号测量臂包括电阻和，测量结果为；另一个大信号测量臂包括电阻和，测量结果为。作为优选，其中一个小信号测量臂包括电阻和，测量结果为，另一个小信号测量臂包括电阻和，测量结果为。作为优选，差分信号和作为测量结果，该测量结果通过后级测量电路后分别传输至微处理器处理；为保护后级测量电路，差分信号需并联两个反向串联的稳压二极管和。作为优选，大信号测量臂测量得到的电压值为：（1）选取电阻、，则式（1）可简化为：（2）小信号测量臂测量得到的电压值为：（3）选取电阻、，则式（3）可简化为：（4）其中被测信号集射极电压小于20V时为小信号、大于20V时为大信号；且，，两个稳压二极管和的稳压值都为2.5V。本专利技术具有以下优点：1、采用无缝自动量程转换技术，测量范围宽。2、在测量范围内，保证各个测量点的测量精度一致。3、消除了量程切换时间，在信号快速变化时仍然能够精确测量。4、测试平台简单且容易搭建，可操作性强。附图说明图1是IGBT在一个开关周期内的开关过程。图2是本专利技术的电路图。具体实施方式下面结合附图和实施例详细介绍本专利技术，在此本专利技术的示意性实施例以及说明用来解释本专利技术，但并不作为对本专利技术的限定。本专利技术提供了一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，其包括将被测信号分别与大、小两种信号测量电路连接；上述两种信号测量电路同时对被测信号进行测量；当被测信号为大信号时，取大信号测量电路的测量数据作为测量结果；当被测信号为小信号时，取小信号测量电路的测量数据作为测量结果。该方法通过两种电路同时测量，从而获得高精度的测量数量，不仅适用于IGBT，还适用于各种宽动态范围的信号测量。以下以IGBT为例，详细说明：如图1，图中A代表集射极电压，B代表集电极电流，在t1时间段IGBT处于关断状态，在t2时间段IGBT处于开通过程，在t3时间段IGBT处于导通状态，在t4时间段IGBT处于关断过程。当IGBT关断时，截止电压，当IGBT导通时，导通电压。本技术规定信号分类法则为：当被测信号小于20V时定义为小信号，当被测信号大于20V时定义为大信号。下面以大功率IGBT的集射电压为测量对象，搭建图2所示测量电路，图中1和3为大信号测量臂，2和4为小信号测量臂，5为被测IGBT，6为保护电路，1和2组成集电极测量电路，3和4组成发射极测量电路，四个测量臂在公共端接地。大信号测量臂1包括电阻和，测量结果为，小信号测量臂2包括电阻和，测量结果为，大信号测量臂3包括电阻和，测量结果为，小信号测量臂4包括电阻和，测量结果为，差分信号和作为测量结果，通过后级测量电路后分别传输至微处理器进行处理，保护电路6由反向串联的稳压二极管和组成，用于钳位的电压值。首先对大信号测量臂进行分析，测量得到的电压值如式（1）（1）选取电阻、，则式（1）可简化为（2）为避免烧坏后级测量电路，取测量电路的量程为2.5V，也即的最大值，若，则由式（2）可得到。若用大信号测量臂测试截止电压，则代入式（2）可得，要保证此时的测量准确度为0.2%是非常困难的。为解决该问题，有必要对信号进行分量程测量，需要在原测量臂的基础上增加一种小信号测量臂，对小信号测量臂进行分析，测量得到的电压值如式（3）（3）选取电阻、，则式（3）可简化为（4）将和代入式（4）可得。为避免测量大信号时小信号测量臂产生的高电压烧毁后级测量电路，需在小信号测量臂的信号输出端并联两个反向串联的稳压二极管和，当被测电压大于20V时，的取值稳定为2.5V。综上可知对大信号测量臂和小信号测量臂的元器件的具体要求为：（1）需满足，且；（2）需满足，且；（3）稳压二极管和的稳压值都为2.5V。本专利技术通过增加一种测量臂，也即用两种测量臂同时测量信号，在测量大信号时，取大信号测量臂的测量结果，在测量小信号时，取小信号测量臂的测量结果。该技术消除了量程切换时间，在全量程范围内确保测试数据的高精度，为准确还原IGBT的开关过程、精确计算IGBT的功率损耗提供可靠数据。本方法适用于对各种宽动态范围的信号进行测量。实施例参考图1与图2，以为测量对象，在IGBT的一个开关周期内的具体实现方法。当IGBT处于导通状态时，，此时，，微处理器取作为测量结果；当IGBT处于关断过程时，将从导通电压快速上升为关断电压，在上升过程中若，则，，微处理器取作为测量结果，若，则，，微处理器取作为测量结果；当IGBT处于关断状态时，，此时，，微处理器取作为测量结果；当IGBT处于开通过程时，将从关断电压快速下降为导通电压，在下降过程中若，则，，微处理器取作为测量结果，若，则，，微处理器取作为测量结果。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，其特征包括以下步骤：（1）将被测信号分别与大、小两种信号测量电路连接；（2）上述两种信号测量电路同时对被测信号进行测量；（3）当被测信号为大信号时，取大信号测量电路的测量数据作为测量结果；当被测信号为小信号时，取小信号测量电路的测量数据作为测量结果。

【技术特征摘要】
1.一种超宽动态范围信号的高精度测量方法，其特征包括以下步骤：（1）将被测信号分别与大、小两种信号测量电路连接；（2）上述两种信号测量电路同时对被测信号进行测量；（3）当被测信号为大信号时，取大信号测量电路的测量数据作为测量结果；当被测信号为小信号时，取小信号测量电路的测量数据作为测量结果。2.根据权利要求1所述超宽动态范围信号的高精度测量方法，其特征在于：所述被测信号为IGBT集射极电压，所述大信号测量电路包括与IGBT集电极、发射极分别电连接的两个大信号测量臂，所述小信号测量电路包括与IGBT集电极、发射极分别电连接的两个小信号测量臂；其中一个大信号测量臂和一个小信号测量臂组成集电极测量电路，另一个大信号测量臂和另一个小信号测量臂组成发射极测量电路，四个测量臂在公共端接地。3.根据权利要求2所述超宽动态范围信号的高精度测量方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐伟专，胡能钢，甘伟，刘国福，方正，熊艳，
申请(专利权)人：湖南银河电气有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43