一种电力电子器件动态开关特性测试方法技术

本发明专利技术公开了一种电力电子器件动态开关特性测试方法，具体包括如下步骤：确定电力电子器件动态开关特性测试系统结构；确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；确定被测器件及测试条件；测试电压对被测器件开关特性的影响；测试电流对被测器件开关特性的影响；测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；测试工作结温对被测器件开关特性的影响；被测器件动态开关特性测试分析与总结。本发明专利技术设计一种电压/电流/功率适应性宽的离线测试系统，用于测试不同工作温度、门极电阻、门极电压、环路电感、母线电压和负载电流等条件下大功率电力电子器件的工作特性及损耗。

A Test Method for Dynamic Switching Characteristics of Power Electronic Devices

The invention discloses a test method for dynamic switching characteristics of power electronic devices, which includes the following steps: determining the structure of the test system for dynamic switching characteristics of power electronic devices; determining the test circuit and time sequence for switching characteristics of power electronic devices; determining the device under test and test conditions; determining the influence of test voltage on the switching characteristics of the device under test; and testing current on the switching characteristics of the device under test. The effects of the driving resistance on the switching characteristics of the device under test, the working junction temperature on the switching characteristics of the device under test, and the dynamic switching characteristics of the device under test are analyzed and summarized. The invention designs an off-line test system with wide voltage/current/power adaptability, which is used to test the working characteristics and losses of high-power power power electronic devices under different working temperature, gate resistance, gate voltage, loop inductance, bus voltage and load current.

【技术实现步骤摘要】
一种电力电子器件动态开关特性测试方法
本专利技术属于电气测试
，具体涉及一种电力电子器件动态开关特性测试方法。
技术介绍
功率半导体器件是电力电子变流器中的基础有源元器件，是组成电力电子装置的最基本元素。开关电源、新能源并网、机车牵引、电磁弹射等电力电子应用场合的不断发展为功率半导体器件的应用提供了广阔的空间。至今，硅基功率器件已经发展到了相当成熟的地步。为了进一步实现人们对高频、高温、高功率密度等具有理想特性功率器件的追求，越来越多的功率器件研究工作转向了新型半导体材料的功率器件。目前，功率器件应用特性测试方法又可分为离线测试、准在线测试以及在线测试。离线测试包括功率循环测试、温度循环测试、开关特性测试、静态参数测试、短路能力测试和强度测试等。其中功率循环测试为主动循环测试，通过对功率器件通入额定电流，使之消耗有功功率从而出现结温的变化。温度循环测试主要通过从外部对功率器件加温，使功率器件的结温出现变化。这两种方法可以获取不同温差ΔTj应力，不同最高结温Tjmax应力下，功率器件的循环次数以及其内部失效规律。静态测试主要是指在功率器件恒定关断或者导通的状态下，对功率器件进行测试及其参数提取。主要包括漏电极-源极导通压降、漏电极电流、阈值电压等。动态测试主要是指在功率器件开关过程中，对功率器件的开关特性进行测试。主要包括开关延迟时间、开关时间、开关损耗等。短路测试主要是指功率器件短路状态下，功率器件所承受的最大电流、短路电流持续时间及短路关断特性。强度测试主要是对功率器件的雪崩耐量进行测试和关断安全工作区进行测试评估。准在线测试主要是测试时使功率器件所承受的电压电流应力、热应力、机械应力等与实际运行工况中功率器件所受应力相当，具有一定的等效参考价值。在线测试主要是在实际运行工况中，提取功率器件的特性。从而增加实际工况中功率的可靠性。由于在线测试比离线测试以及准在线测试方法更能反映应用工况中变流器的运行状态，并可针对现场的特征数据进行运行监控、故障诊断和寿命运维等工作。因此，发展在线测试方法是大功率器件和变流器应用特性测试的发展趋势。然而，如何在不中断电力变换设备正常运行的前提下，对关键部件进行宏观应力与微观应力的提取，是在线测试的关键挑战之一。由于功率器件的结温情况不仅受到宏观应力的直接作用，且直接影响微观应力的特征表现。因此，功率器件/模块内部的在线结温检测是变流器在线测试方法的必要测试内容和宏观/微观应力特性评估的前提条件。
技术实现思路
本专利技术针对上述现状，设计一种电压/电流/功率适应性宽的离线测试系统，用于测试不同工作温度、门极电阻、门极电压、环路电感、母线电压和负载电流等条件下大功率电力电子器件的工作特性及损耗。本专利技术具体为一种电力电子器件动态开关特性测试方法，所述电力电子器件动态开关特性测试方法具体包括如下步骤：步骤(1)、确定电力电子器件动态开关特性测试系统结构；步骤(2)、确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；步骤(3)、确定被测器件及测试条件；步骤(4)、测试电压对被测器件开关特性的影响；步骤(5)、测试电流对被测器件开关特性的影响；步骤(6)、测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；步骤(7)、测试工作结温对被测器件开关特性的影响；步骤(8)、被测器件动态开关特性测试分析与总结。进一步的，所述步骤(1)中电力电子器件动态开关特性测试系统由上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制系统负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。进一步的，所述步骤(2)中电力电子器件开关特性测试电路采用带感性负载的两电平半桥拓扑结构，测试时序采用双脉冲控制信号；在t0时刻待测器件IGBT1导通，集电极电流Ic开始上升，t1时刻，当Ic上升至用户设定的测试电流值，门极信号封锁，待测器件IGBT1关断，得到关断过程的电压、电流波形；t1时刻后，负载电流通过二极管和电感续流，t2时刻，再次开通待测器件IGBT1，捕获当前开通过程的电压、电流波形；当电感量足够大时，认为此时IGBT1开通的电流值等于t1时刻关断的电流值；t3时刻，门极电压信号变为负电平，IGBT1关断，电感电流再次通过二极管续流，直至电流降为零，整个测试过程结束。进一步的，所述步骤(3)中被测器件选为富士IGBT模块1MBI800UG-330器件，为3300V@800A大功率IGBT模块，内部电路结构等效为2个IGBT并联。进一步的，所述步骤(4)中测试电压对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电流为Ic＝800A的条件下，分别在测试电压为1200V、1400V、1600V和1800V下对器件开关特性进行测试。进一步的，所述步骤(5)中测试电流对被测器件开关特性的影响，以门极驱动电阻Rg＝2.7Ω，器件工作结温为Tj＝25℃下，测试电压为Vce＝1800V的条件下，分别在测试电流为200A、400A、600A和800A下对器件开关特性进行测试。进一步的，所述步骤(6)中测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响，为了研究驱动电阻对IGBT开通过程及二极管的反向恢复过程的影响，保持IGBT关断电阻不变，改变IGBT的开通驱动电阻分别为2.7Ω、5.1Ω和7.5Ω，对不同开通驱动电阻下的开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1600V，Ic＝800A，工作温度Tj＝25℃，驱动电压为Vg＝+15V/-10V。进一步的，所述步骤(7)中测试工作结温对被测器件开关特性的影响，保持IGBT测试电压电流和驱动参数不变，改变IGBT的测试环境温度分别为25℃、50℃、75℃、100℃和125℃，对开关瞬态电压和电流波形进行测试，其测试条件为Vce＝1800V、Ic＝800A、门极驱动电阻Rg＝2.7Ω、驱动电压为Vg＝+15V/-10V。附图说明图1为本专利技术器件开关特性测试电路。图2为本专利技术器件开关特性测试时序。图3为待测器件等效电路图。图4a、4b、4c分别为不同开通电压下的IGBT开通损耗、开通时间和开关电流应力示意图。图5a、5b、5c分别为不同关断电压下的IGBT关断损耗、关断时间和关断电压应力示意图。具体实施方式为了更为具体地描述本专利技术，下面结合附图及具体实施方式对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术整个测试系统上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制系统负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。图1给出了带感性负载的两电平半桥拓扑结构，该拓扑本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述电力电子器件动态开关特性测试方法具体包括如下步骤：步骤(1)、确定电力电子器件动态开关特性测试系统结构；步骤(2)、确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；步骤(3)、确定被测器件及测试条件；步骤(4)、测试电压对被测器件开关特性的影响；步骤(5)、测试电流对被测器件开关特性的影响；步骤(6)、测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；步骤(7)、测试工作结温对被测器件开关特性的影响；步骤(8)、被测器件动态开关特性测试分析与总结。

【技术特征摘要】
1.一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述电力电子器件动态开关特性测试方法具体包括如下步骤：步骤(1)、确定电力电子器件动态开关特性测试系统结构；步骤(2)、确定电力电子器件开关特性测试电路及测试时序；步骤(3)、确定被测器件及测试条件；步骤(4)、测试电压对被测器件开关特性的影响；步骤(5)、测试电流对被测器件开关特性的影响；步骤(6)、测试驱动电阻对被测器件开通特性的影响；步骤(7)、测试工作结温对被测器件开关特性的影响；步骤(8)、被测器件动态开关特性测试分析与总结。2.根据权利要求1所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(1)中电力电子器件动态开关特性测试系统由上位机LabVIEW、DSP控制器、高压直流电源、示波器、测试电路以及MATLAB数据处理六部分组成，其中上位机LabVIEW负责测试工况的设置，测试指令的发送以及测试数据的存储；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容充电；DSP控制系统负责测试器件驱动参数的设置和测试指令的实施；示波器负责测试波形的采集；MATLAB程序根据测试数据对开关动态特性参数进行自动化提取和分析。3.根据权利要求2所述的一种电力电子器件动态开关特性测试方法，其特征在于：所述步骤(2)中电力电子器件开关特性测试电路采用带感性负载的两电平半桥拓扑结构，测试时序采用双脉冲控制信号；在t0时刻待测器件IGBT1导通，集电极电流Ic开始上升，t1时刻，当Ic上升至用户设定的测试电流值，门极信号封锁，待测器件IGBT1关断，得到关断过程的电压、电流波形；t1时刻后，负载电流通过二极管和电感续流，t2时刻，再次开通待测器件IGBT1，捕获当前开通过程的电压、电流波形；当电感量足够大时，认为此时IGBT1开通的电流值等于t1时刻关断的电流值；t3时刻，门极电压信号变为负电平，IGBT1关断，电感电流再次通过二极管续流，直至电流降为零，整个测试过程...

【专利技术属性】
技术研发人员：周宇，胡卫丰，马汝祥，胥峥，侍红兵，周洪益，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32