一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路制造技术

本发明专利技术公开了一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路。本发明专利技术的功率器件导通压降在线测量电路，包括：提供测试条件的半桥模块，包括测试回路，该测试回路包括串联而成的上桥臂功率器件和下桥臂功率器件；测量电路输入模块，包括第一输入通路和第二输入通路，输入通路通过NMOS管连接在被测功率器件的两端；测量电路限流模块，包括限流电阻R，以抑制被测功率器件开关过程中在测量电路上形成的瞬态电流；测量电路输出模块，当任一功率器件导通时，测量电路输出模块提取到其导通压降。本发明专利技术为一种实时的在线测量电路，结合功率器件的开关时序，实现了测量元件的复用，减少了组件数目与端口数量，结构简单且测量精度高。高。高。

【技术实现步骤摘要】
一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路


[0001]本专利技术属于功率器件的测量
，特别是一种可以实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路。

技术介绍

[0002]目前大功率电力电子变流器广泛用于新能源发电、轨道牵引及柔性直流输电系统等领域，而功率器件是其中的核心元件，其可靠运行对整个电力电子系统起着重要重用。导通压降是功率器件的一个重要温敏感电参数，亦是被认为最有效的温敏感电参数，通过对其在线测量不仅仅可以反映功率半导体的芯片温度，另外由于其和键合线脱落有关，其参数的变化也可以评估键合线的脱落程度，以反映功率半导体的健康状态。因此，精确地测量功率半导体的导通压降是提升功率半导体及电力电子变流器可靠性的重要措施。
[0003]由于电力电子变流器中功率器件不停地在导通与关断状态进行切换，由于功率器件关断时，其两端需要耐受数百伏甚至更高等级电压，而其导通时，其导通压降一般在4V以内，因此直接测量功率器件的导通压降，大量程的测量系统无法保证测量精度。
[0004]为了精确地测量功率器件的导通压降，现有一般采用如图1所示的限幅电路来钳位功率器件在关断时的漏源两端电压，例如将关断时的600V钳位至8V，因此功率器件的导通压降可以较为精准地测量出来。但该电路由于输入和输出之间直接通过电阻R连接，无法平衡好测量电路的精度与损耗等问题，另外，若器件两端出现一定的负压过冲时，测量电路也无法有效抑制，进而影响后级的信号处理电路。
[0005]名为《ASimplified On
‑
>State Voltage Measurement Circuit for Power Semiconductor Devices》的论文中，提出了一种变换器级的功率器件导通压降的测量电路，如图2所示，由三个输入端子和三个输出端子组成，可以在两路输出中提取到一个半桥模块两个功率器件的导通压降，其通过引入耗尽型NMOS管，较好地解决了图1中测量精度与损耗平衡的问题，由于其需要通过依赖于自身测量回路电流上升致使耗尽型NMOS管关断，电路的响应时间相对较长，且无法较好的控制，另外，与图1类似，测量电路每路输出需要在相应功率器件关断时实现钳位，这一段时间采集的电压信息是无效的，增加了后续数据处理的复杂性。

技术实现思路

[0006]鉴于上述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种可实现元件复用的功率器件导通压降测量电路，用于解决现有技术中功率器件导通压降测量电路精度低、动态性能差、结构复杂的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术采用如下的技术方案：一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路，其包括：
[0008]提供测试条件的半桥模块，包括测试回路，该测试回路包括串联而成的上桥臂功率器件和下桥臂功率器件，通过接收控制信号使功率器件正常工作，用以提供测试条件；
[0009]测量电路输入模块，包括第一输入通路和第二输入通路，第一输入通路通过第一NMOS管M1连接在上桥臂功率器件的两端，第二输入通路通过第二NMOS管M2连接在下桥臂功率器件的两端；
[0010]测量电路限流模块，包括限流电阻R，以抑制被测功率器件开关过程中在测量电路上形成的瞬态电流，确保测量电路元器件工作的安全；
[0011]测量电路输出模块，当上桥臂功率器件或下桥臂功率器件导通时，测量电路输出模块提取到其导通压降。
[0012]进一步地，所述的测试回路还包括输入电源V
DC
、输入电容C及负载电感L；
[0013]所述的输入电源V
DC
与输入电容C并联，上桥臂功率器件T1的漏端与电容正极相连，上桥臂功率器件T1的源端与下桥臂功率器件T2的漏端及负载电感L的一端相连，下桥臂功率器件T2的源端与电容的负极相连，负载电感L的另一端接地。
[0014]进一步地，所述的上桥臂功率器件和下桥臂功率器件为绝缘栅双极晶体管。
[0015]进一步地，所述的测量电路限流模块中，限流电阻R的一端与第一NMOS管M1的源端和第二NMOS管M2的漏端连接，限流电阻R的另一端连接至测量电路输出模块。
[0016]更进一步地，所述的第一NMOS管M1的漏端与上桥臂功率器件T1的漏端连接，第一NMOS管M1的源端连接于限流电阻R的一端；第二NMOS管M2的源端与下桥臂功率器件T2的源端连接，第二NMOS管的漏端连接于限流电阻R的一端。
[0017]进一步地，所述的测量电路输出模块包括串联成一回路的第一肖特基二极管Da1、第二肖特基二极管Da2、第一齐纳二极管Z1及第二齐纳二极管Z2。
[0018]更进一步地，所述的测量电路输出模块中，所述第一肖特基二极管Da1的阳极为输出端的正极，所述第一肖特基二极管Da1的阴极与第一齐纳二极管Z1的阴极连接，所述第一齐纳二极管的阳极Z1为输出端的负极，所述第二肖特基二极管Da2的阴极为输出端的正极，所述第二肖特基二极管Da2的阳极与第二齐纳二极管Z2的阳极连接，所述第二齐纳二极管Z2的阴极为输出端的负极。
[0019]进一步地，所述的第一NMOS管M1的驱动信号与上桥臂功率器件T1同步。
[0020]进一步地，所述的第二NMOS管M2的驱动信号与下桥臂功率器件T2同步。
[0021]进一步地，所述的第一NMOS管M1与第二NMOS管M2漏、源两端的耐压值不小于所述上、下桥臂功率器件在关断时其漏、源两端电压的1.2倍。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有以下至少一种有益效果：
[0023]1.本专利技术提供的功率器件导通压降测量电路，被测的功率半导体器件可以是全控型、不可控型或组合型的功率器件，比如可以同时测量功率晶体管及其反并联二极管的导通压降，避免需要分开测量的窘境，简化测量步骤，提高测量速度。
[0024]2.本专利技术提供的功率器件导通压降测量电路，输出模块通过钳位的方式可以实现对功率器件开关瞬态电压的抑制，并且也可以抑制功率器件导通时的负压过冲现象，改善了电路的暂态性能。
[0025]3.本专利技术提供的功率器件导通压降测量电路，仅由三个输入端口和两个输出端口构成，即可用于一个半桥模块所有功率器件导通压降的测量，用两个测量电路即可实现全桥逆变器中所有功率器件导通压降的测量，降低了测量电路的复杂性。
[0026]4.本专利技术提供的功率器件导通压降测量电路，在一桥臂功率器件导通时，测量电
路中元件上压降基本可以忽略，输出精度高。当此桥臂功率器件关断时，测量电路输出端可以提取到另一桥臂功率器件的导通压降，相较于传统的测量电路需要在器件关断时钳位以至于一段时基内采集的电压信息无效的特点，测量电路在一个开关周期中可以提取到上、下桥臂两个功率器件的导通压降，实现了输出模块元件的复用。
附图说明
[0027]图1为现有技术中的功率器件导通压降测量电路示意图；
[0028]图2为现有技术中一种变换器级的功率器件导通压降的测量电路示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路，其特征在于，包括：提供测试条件的半桥模块(100)，包括测试回路，该测试回路包括串联而成的上桥臂功率器件和下桥臂功率器件，通过接收控制信号使功率器件正常工作，用以提供测试条件；测量电路输入模块(200)，包括第一输入通路(201)和第二输入通路(202)，第一输入通路(201)通过第一NMOS管M1连接在上桥臂功率器件的两端，第二输入通路(202)通过第二NMOS管M2连接在下桥臂功率器件的两端；测量电路限流模块(300)，包括限流电阻R，以抑制被测功率器件开关过程中在测量电路上形成的瞬态电流，确保测量电路元器件工作的安全；测量电路输出模块(400)，当上桥臂功率器件或下桥臂功率器件导通时，测量电路输出模块(400)提取到其导通压降。2.根据权利要求1所述的可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述的测试回路还包括输入电源V
DC
、输入电容C及负载电感L；所述的输入电源V
DC
与输入电容C并联，上桥臂功率器件T1的漏端与电容正极相连，上桥臂功率器件T1的源端与下桥臂功率器件T2的漏端及负载电感L的一端相连，下桥臂功率器件T2的源端与电容的负极相连，负载电感L的另一端接地。3.根据权利要求1所述的可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述的上桥臂功率器件和下桥臂功率器件为绝缘栅双极晶体管。4.根据权利要求1所述的可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述的测量电路限流模块(300)中，限流电阻R的一端与第一NMOS管M1的源端和第二NMOS管M2的漏端连接，限流电阻R的另一端连接至测量电路输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王异凡，曾明全，龚金龙，王一帆，骆丽，孙明，邵先军，郑一鸣，宋琦华，张恬波，罗皓泽，向乐天，陈晓刚，
申请(专利权)人：国网浙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：