一种飞跨电容三电平DCDC功率组件的双脉冲测试电路及方法技术

本发明专利技术公开一种飞跨电容三电平DCDC功率组件的脉冲测试电路及方法，测试电路包括三电平功率模块、可调直流源、放电支路和续流电感；其中三电平功率模块包括支撑电容、飞跨电容、吸收电容和依次串联的第一至第四IGBT；各IGBT上分别并接有均压电阻和反向续流二极管；可调直流源、放电支路，与支撑电容、吸收电容和开关变换电路相互并联；三电平功率模块工作于Buck工作方式时，续流电感并接于第三IGBT与第四IGBT之间；三电平功率模块工作于Boost工作方式时，续流电感并接于第一IGBT与第二IGBT相串联之间。本发明专利技术通过控制不同的开关变换方式使各IGBT经受开通‑关断‑开通‑关断过程，可考核功率组件承受过电流的能力和开通关断特性，分析换流回路的杂散电感及引起的过电压情况，改善系统设计。

【技术实现步骤摘要】
一种飞跨电容三电平DCDC功率组件的双脉冲测试电路及方法
本专利技术涉及电力电子应用
，特别是一种飞跨电容三电平DCDC功率组件的脉冲测试电路及方法。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，DCDC功率变换器在包括新能源电动汽车充电、储能式有轨电车充电系统等领域有着相当广泛的应用，充电系统容量和电压等级也越来越高。相对于传统的两电平变换器，飞跨电容式三电平DCDC变换器具有效率高、开关频率高的特点。更高的功率等级和开关频率同样意味着更高的电压电流变化率，叠加在换流回路中杂散电感上产生的电压尖峰附加在IGBT两端可能造成器件的过压损坏。因此双脉冲测试作为考量杂散电感的重要手段，可以对开关器件的开关特性、驱动保护性能和过压吸收做全面测试。但传统的两电平DCDC功率组件双脉冲测试方法不能直接应用于飞跨电容式三电平功率组件，因此，研究飞跨电容三电平DCDC功率组件的双脉冲测试方法具有重要的现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是，针对飞跨电容三电平功率组件，提出一种双脉冲测试电路及测试方法，可用于对飞跨电容式三电平DCDC变换器进行测试，实现对开关器件的开关特性、驱动保护性能和过压吸收等的全面测试。本专利技术采取的技术方案为：一种飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，包括三电平功率模块、可调直流源、放电支路和续流电感；三电平功率模块包括飞跨电容、支撑电容、吸收电容和开关变换电路；所述开关变换电路包括依次同向串联的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；各IGBT的发射极和集电极上分别反向并接有续流二极管；飞跨电容的一端连接在第一IGBT发射极与第二IGBT集电极之间，另一端连接在第三IGBT发射极与第四IGBT集电极之间；各IGBT的发射极和集电极上还分别并接有均压电阻；所述可调直流源以及放电支路，分别与三电平功率模块的支撑电容、吸收电容和开关变换电路相互并联，且第一IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别连接可调直流源的正极和负极；三电平功率模块工作于Buck工作方式时，所述续流电感两端并接于第三IGBT与第四IGBT相串联的线路两端上；三电平功率模块工作于Boost工作方式时，所述续流电感两端并接于第一IGBT与第二IGBT相串联的线路两端上。优选的，所述放电支路包括相互串联的泄放电阻和放电接触器。每种开关变换方式测试完毕时，闭合放电接触器，则支撑电容Cin上残余电压通过泄放电阻放电。优选的，所述续流电感为空心电感，其感抗为：L＝V·t/I，其中V为所并联的IGBT导通时续流电感两端的电压，对于飞跨电容三电平DCDC功率模块一般取VDC/2；I为测试过程中流过续流电感的最大电流，一般取所并联IGBT管的耐受额定电流；t为IGBT管的导通时间。优选的，所述多个均压电阻的阻值关系为：R1＝R2，R3＝R4。则当调节可调直流源DC使支撑电容Cin充电至额定电压VDC时，通过均压电阻可以将飞跨电容Cfly充电至VDC/2。具体的，所述Buck工作方式包括四种开关变换形式：第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成1/0/0/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/1/0/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/1/0/0变成1/1/0/0；以及第一至第四IGBT的开关状态从1/0/0/0变成1/1/0/0；所述Boost工作方式包括四种开关变换形式：第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/0/1；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/1/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/1变换成0/0/1/1；以及第一至第四IGBT的开关状态从0/0/1/0变换成0/0/1/1。开关状态1表示开通，开关状态0表示关断。本专利技术还公开一种基于前述飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路的测试方法，包括：调节可调直流源使支撑电容充电至额定电压VDC，进而通过均压电阻使得飞跨电容充电至VDC/2；断开可调直流源，停止充电；确定三电平功率模块的开关变换形式，以及相应的测试对象IGBT开关管；根据开关变换形式，控制测试对象IGBT开关管之外的其它IGBT开关管关断或常开；对测试对象IGBT开关管施加双脉冲；测量双脉冲施加过程中，测试对象IGBT开关管的门极-发射极电压VGE、集电极-发射极电压VCE，以及其它IGBT开关管所并接的续流二极管的反向恢复电流IC。优选的，在第二个脉冲开通时刻测量所述反向恢复电流IC，在第二个脉冲关断时刻测量测试对象IGBT开关管的门极-发射极电压VGE和集电极-发射极电压VCE。可以突出反映三电平DCDC功率模块在工作期间的换流情况以及过电压的吸收效果。具体的，三电平功率模块工作于Buck工作方式时：开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成1/0/0/0，则测试对象为第一IGBT，控制其它IGBT全部关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第四IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第一IGBT的电压尖峰VGE和VCE；开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/1/0/0，则测试对象为第二IGBT，控制其它IGBT全部关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第三IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第二IGBT的电压尖峰VGE和VCE；开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/1/0/0变成1/1/0/0，则测试对象为第一IGBT，控制第二IGBT常开，第三和第四IGBT关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第三和第四IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第一IGBT的电压尖峰VGE和VCE；开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从1/0/0/0变成1/1/0/0，则测试对象为第二IGBT，控制第一IGBT常开，第三和第四IGBT关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第三和第四IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第二IGBT的电压尖峰VGE和VCE；三电平功率模块工作于Boost工作方式时：开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/0/1，则测试对象为第四IGBT，控制其它IGBT全部关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第一IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第四IGBT的电压尖峰VGE和VCE；开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/1/0，则测试对象为第三IGBT，控制其它IGBT全部关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第二IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测量第三IGBT的电压尖峰VGE和VCE；开关变换形式为第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/1变换成0/0/1/1，则测试对象为第三IGBT，控制第四IGBT常开，第一和第二IGBT关断；双脉冲施加过程中，在第二个脉冲开通时刻测量第一和第二IGBT所并接续流二极管的反向恢复电流，在第二个脉冲关断时刻测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：包括三电平功率模块、可调直流源、放电支路和续流电感；三电平功率模块包括飞跨电容、支撑电容、吸收电容和开关变换电路；所述开关变换电路包括依次同向串联的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；各IGBT的发射极和集电极上分别反向并接有续流二极管；飞跨电容的一端连接在第一IGBT发射极与第二IGBT集电极之间，另一端连接在第三IGBT发射极与第四IGBT集电极之间；各IGBT的发射极和集电极上还分别并接有均压电阻；所述可调直流源、放电支路，与三电平功率模块的支撑电容、吸收电容和开关变换电路相互并联，且第一IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别连接可调直流源的正极和负极；三电平功率模块工作于Buck工作方式时，所述续流电感两端并接于第三IGBT与第四IGBT相串联的线路两端上；三电平功率模块工作于Boost工作方式时，所述续流电感两端并接于第一IGBT与第二IGBT相串联的线路两端上。

【技术特征摘要】
1.一种飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：包括三电平功率模块、可调直流源、放电支路和续流电感；三电平功率模块包括飞跨电容、支撑电容、吸收电容和开关变换电路；所述开关变换电路包括依次同向串联的第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT；各IGBT的发射极和集电极上分别反向并接有续流二极管；飞跨电容的一端连接在第一IGBT发射极与第二IGBT集电极之间，另一端连接在第三IGBT发射极与第四IGBT集电极之间；各IGBT的发射极和集电极上还分别并接有均压电阻；所述可调直流源、放电支路，与三电平功率模块的支撑电容、吸收电容和开关变换电路相互并联，且第一IGBT的集电极和第四IGBT的发射极分别连接可调直流源的正极和负极；三电平功率模块工作于Buck工作方式时，所述续流电感两端并接于第三IGBT与第四IGBT相串联的线路两端上；三电平功率模块工作于Boost工作方式时，所述续流电感两端并接于第一IGBT与第二IGBT相串联的线路两端上。2.根据权利要求1所述的飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：所述放电支路包括相互串联的泄放电阻和放电接触器。3.根据权利要求1所述的飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：所述续流电感为空心电感，其感抗为：L＝V·t/I，其中V为所并联的IGBT导通时续流电感两端的电压，I为测试过程中流过续流电感的最大电流，t为IGBT的导通时间。4.根据权利要求1所述的飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：所述多个均压电阻的阻值关系为：R1＝R2，R3＝R4。5.根据权利要求1所述的飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路，其特征是：所述Buck工作方式包括四种开关变换形式：第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成1/0/0/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/1/0/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/1/0/0变成1/1/0/0；以及第一至第四IGBT的开关状态从1/0/0/0变成1/1/0/0；所述Boost工作方式包括四种开关变换形式：第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/0/1；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/0变换成0/0/1/0；第一至第四IGBT的开关状态从0/0/0/1变换成0/0/1/1；以及第一至第四IGBT的开关状态从0/0/1/0变换成0/0/1/1。6.一种基于权利要求1-5任一项所述飞跨电容三电平DC/DC功率组件的双脉冲测试电路的测试方法，其特征是，包括：调节可调直流源使支撑电容充电至额定电压VDC，进而通过均压电阻使得飞跨电容充电至VDC/2；断开可调直流源，停止充电；确定三电平功率模块的开关变换形式，以及相应的测试对象IGBT开关管；根据开关变换形式，控制测试对象IGBT开关管之外的其它IGBT开关管关断或常开；对测试对象IGBT开关管施加双脉冲；测量双脉冲施加过程中，测试对象IGBT开关管的门极-发射极电压VGE、集电极-发射极电压VCE，以及其它IGBT开关管所并接的续流二极管的反向恢复...

【专利技术属性】
技术研发人员：雷磊，郭巍，吴维宁，石磊，田炜，孙祖勇，陶正华，张文波，
申请(专利权)人：国电南瑞科技股份有限公司，国电南瑞南京控制系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32