一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法，装置包括中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，微控制单元包括微处理单元和第一定时单元，本发明专利技术未使用FPGA，大大降低了硬件成本，同时减小了在线测量装置的功耗和电路板面积，便于集成。本发明专利技术基于第一中断信号实现IGBT模块开通或关断的瞬态过程内电气参数的高速采样，通过第二中断信号实现在IGBT模块导通或关断的稳态过程内电气参数的低速采样，同时实现了IGBT模块导通或关断的高低速采样，采样脉冲的频率范围宽，且大幅降低电气参数采样的数据量，对电力电子设备器件级的故障诊断、结温在线预估、老化健康指标监测提供了数据基础。

【技术实现步骤摘要】
一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法
本专利技术涉及柔性直流输电
，具体涉及一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法。
技术介绍
绝缘栅双极型晶体管(Insulate-GateBipolarTransistor，IGBT)因具有通态压降小、载流能力大、可控关断等特性，近几年在高压柔性直流输电、混合式直流断路器以及高压DC/DC变换器等电力电子设备得到广泛应用。目前上述电力电子设备的IGBT的失效率日益成为关注的焦点，因为IGBT开关速度较快，一般开关瞬态过程只持续几百纳秒至几个微秒，而反应IGBT老化程度、器件结温等特征的电气参数大多蕴含在瞬态过程，如开通关断延迟、米勒平台宽度等。记录IGBT的瞬态过程，需要用到高速采集，现有技术一般采用FPGA(Field-ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)+ADC(Analog-to-DigitalConverte,模数转换模块)+MCU(MicrocontrollerUnit，微控制单元)、FPGA+ADC+DSP(digitalsignalprocessor，数字信号处理器)或者SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统)+ADC硬件结构对IGBT模块的电气参数进行测量，即通过FPGA实现高速模数转换芯片驱动及采样控制，然后再利用MCU嵌入式微控制器进行数据处理、通信，但是随着采样频率的升高，上述几种结构的硬件成本高，功耗和电路板面积均较大，且不便于集成。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中硬件成本高、功耗和电路板面积均较大且不便于集成的不足，本专利技术提供一种IGBT模块电气参数在线测量装置，包括：中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，所述微控制单元包括微处理单元和第一定时单元；中断控制单元，用于基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，并将所述第一中断信号传输给微处理单元；微处理单元，用于基于所述第一中断信号生成第一更新事件，并将所述第一更新事件传输给第一定时器单元，还用于保存来自于模数转换单元的电气参数数字量；第一定时单元，用于基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元；模数转换单元，用于基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量，并将所述电气参数数字量传输给微处理单元；所述第一定时单元基于第一更新事件确定的采样脉冲频率不低于20kHz。所述微控制单元还包括：第二定时单元，用于接收所述微处理单元在接收第一中断信号时产生的启动信号，基于所述启动信号生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给微处理单元。所述微处理单元基于所述第二中断信号生成第二更新事件，并将所述第二更新事件传输给第一定时单元。所述第一定时单元的工作模式为脉冲宽度调制模式，其包括：第一定时器，用于基于第一更新事件和/或第二更新事件确定第一定时单元输出采样脉冲的频率；ARR寄存器，用于存储所述第一定时单元输出采样脉冲的频率；CCR寄存器，用于存储预先设置的脉冲宽度调制占空比；所述脉冲宽度调制占空比为1:1；所述第一定时器基于第二更新事件确定的采样脉冲频率不低于50MHz。所述第二定时单元的工作模式为计时模式，其包括：第二定时器，用于基于预设时间进行计时，当计时时间达到预设时间时，其停止计数，并生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给所述微处理单元；CNT寄存器，用于存储所述预设时间；其中，预设时间基于所述IGBT模块的导通延迟时间和关断延迟时间确定。所述第一定时时器和第二定时器均采用可编程自动装载定时器。所述中断控制单元具体用于：当所述IGBT模块由导通状态转换为关断状态时，捕获所述门极控制脉冲信号下降沿并产生第一中断信号；当所述IGBT模块由关断状态转换为导通状态时，捕获所述门极控制脉冲信号上升沿并产生第一中断信号。还包括：信号调理单元，用于将来自于IGBT模块的高电压等级的电气参数模拟量调理为低电压等级的电气参数模拟量，并将所述低电压等级的电气参数模拟量传输给模数转换单元。所述电气参数包括IGBT模块的集射极电压、IGBT模块的门极驱动电压和IGBT模块的集电极电流。基于同一专利技术构思，本专利技术还提供一种IGBT模块电气参数在线测量方法，包括：中断控制单元基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，并将所述第一中断信号传输给微处理单元；微处理单元基于所述第一中断信号生成第一更新事件，将所述第一更新事件传输给第一定时单元；第一定时单元基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元；模数转换单元基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量，并将所述电气参数数字量传输给微处理单元；通过所述微处理单元保存来自于模数转换单元的电气参数数字量；所述第一定时单元基于第一更新事件确定的采样脉冲频率不低于20kHz。所述微处理单元基于所述第一中断信号生成第一更新事件之后，还包括：通过第二定时单元接收所述微处理单元在接收第一中断信号时产生的启动信号，所述第二定时单元基于所述启动信号生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给微处理单元。所述微处理单元基于所述第二中断信号生成第二更新事件，并将所述第二更新事件传输给第一定时单元。所述第一定时单元基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元，包括：所述第一定时单元中的第一定时器基于第一更新事件和/或第二更新事件确定第一定时单元输出采样脉冲的频率；通过ARR寄存器存储所述第一定时单元输出采样脉冲的频率，并通过CCR寄存器存储预先设置的脉冲宽度调制占空比；所述脉冲宽度调制占空比为1:1；所述第一定时器基于第二更新事件确定的采样脉冲频率不低于50MHz。所述第二定时单元基于所述启动信号生成第二中断信号，包括：所述第二定时单元中的第二定时器基于预设时间进行计时，当计时时间达到CNT寄存器存储的预设时间时，其停止计数，并生成第二中断信号；其中，预设时间基于所述IGBT模块的导通延迟时间和关断延迟时间确定。所述第一定时时器和第二定时器均采用可编程自动装载定时器。所述中断控制单元基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，包括：当所述IGBT模块由导通状态转换为关断状态时，捕获所述门极控制脉冲信号下降沿并产生第一中断信号；当所述IGBT模块由关断状态转换为导通状态时，捕获所述门极控制脉冲信号上升沿并产生第一中断信号。所述模数转换单元基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量之前，包括：信号调理单元将来自于IGBT模块的高电压等级的电气参数模拟量调理为低电压等级的电气参数模拟量，并通过信号调理单元将所述低电压等级的电气参数模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，包括：中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，所述微控制单元包括微处理单元和第一定时单元；/n中断控制单元，用于基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，并将所述第一中断信号传输给微处理单元；/n微处理单元，用于基于所述第一中断信号生成第一更新事件，并将所述第一更新事件传输给第一定时单元，还用于保存来自于模数转换单元的电气参数数字量；/n第一定时单元，用于基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元；/n模数转换单元，用于基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量，并将所述电气参数数字量传输给微处理单元；/n所述第一定时单元基于第一更新事件确定的采样脉冲频率不低于20kHz。/n

【技术特征摘要】
1.一种IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，包括：中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，所述微控制单元包括微处理单元和第一定时单元；
中断控制单元，用于基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，并将所述第一中断信号传输给微处理单元；
微处理单元，用于基于所述第一中断信号生成第一更新事件，并将所述第一更新事件传输给第一定时单元，还用于保存来自于模数转换单元的电气参数数字量；
第一定时单元，用于基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元；
模数转换单元，用于基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量，并将所述电气参数数字量传输给微处理单元；
所述第一定时单元基于第一更新事件确定的采样脉冲频率不低于20kHz。


2.根据权利要求1所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述微控制单元还包括：
第二定时单元，用于接收所述微处理单元在接收第一中断信号时产生的启动信号，基于所述启动信号生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给微处理单元。


3.根据权利要求2所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述微处理单元基于所述第二中断信号生成第二更新事件，并将所述第二更新事件传输给第一定时单元。


4.根据权利要求3所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述第一定时单元的工作模式为脉冲宽度调制模式，其包括：
第一定时器，用于基于第一更新事件和/或第二更新事件确定第一定时单元输出采样脉冲的频率；
ARR寄存器，用于存储所述第一定时单元输出采样脉冲的频率；
CCR寄存器，用于存储预先设置的脉冲宽度调制占空比；
所述脉冲宽度调制占空比为1:1；
所述第一定时器基于第二更新事件确定的采样脉冲频率不低于50MHz。


5.根据权利要求4所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述第二定时单元的工作模式为计时模式，其包括：
第二定时器，用于基于预设时间进行计时，当计时时间达到预设时间时，其停止计数，并生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给所述微处理单元；
CNT寄存器，用于存储所述预设时间；
其中所述预设时间基于所述IGBT模块的导通延迟时间和关断延迟时间确定。


6.根据权利要求5所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述第一定时时器和第二定时器均采用可编程自动装载定时器。


7.根据权利要求1所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述中断控制单元具体用于：
当所述IGBT模块由导通状态转换为关断状态时，捕获所述门极控制脉冲信号下降沿并产生第一中断信号；
当所述IGBT模块由关断状态转换为导通状态时，捕获所述门极控制脉冲信号上升沿并产生第一中断信号。


8.根据权利要求1所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，还包括：
信号调理单元，用于将来自于IGBT模块的高电压等级的电气参数模拟量调理为低电压等级的电气参数模拟量，并将所述低电压等级的电气参数模拟量传输给模数转换单元。


9.根据权利要求1所述的IGBT模块电气参数在线测量装置，其特征在于，所述电气参数包括IGBT模块的集射极电压、IGBT模块的门极驱动电压和IG...

【专利技术属性】
技术研发人员：燕翚，杜向楠，杨岳峰，董志猛，韩磊，郭宁明，王玮，曹楠，徐颖，
申请(专利权)人：中电普瑞电力工程有限公司，南瑞集团有限公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11