本发明专利技术公开一种电力电子元件的测量装置，该测量装置包含充电电源、电容器组、电抗器、脉冲开关、至少一个元件夹具、电压／电流采样电路及微处理器单元，电容器组在充电完毕后通过电抗器和脉冲开关放电，形成强度足够大，但持续时间很短的电流脉冲，此电流脉冲流经元件夹具上的待测电力电子元件，电压／电流采样电路实时采样电力电子元件的电压和电流，并传输给微处理器单元，利用电流波形的非线性，一次测量即可获取足够多的数据，由微处理器计算出电力电子元件的各项电气参数并显示伏安关系曲线。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电力电子元件的测量装置，更具体地说，涉及大功率二极管、晶闸管、 晶体管、绝缘栅双极晶体管、电容、母排等元件的伏安关系曲线、斜率电阻、分布电感、分布 电容等参数的测量。
技术介绍
随着电力电子技术的发展，各种电力电子元元件的使用量在持续增长，相关的电 源、整流器、变频器、逆变器等产品的研发、制造、维护环节需要对电力电子元件进行全面的 测试测量。此外，现代大容量的电力设备依赖于电力电子元件的串并联，解决元件串并联的 均流、均压等技术问题也依赖于对元件参数的精准测量和筛选，因此有必要研究电力电子 元件的测量装置。对于中小功率的电力电子元件，可以采用晶体管图示仪进行检测，这类仪器基于 阶梯波发生电路或者可程控的电流源进行元件伏安关系测量，测试电流不大，因此限制了 其在大功率电力电子元件方面的应用。测试大功率电力电子元件，需要产生100—10000 安培的电流，如果采取常规的变压、整流的措施制作测试电源，必然体积庞大，设备笨重，能 耗极高，并且待测的元件承受持续的大电流，也将产生极大的能耗，必须采取良好的散热措 施。鉴于此，可以考虑采用脉冲式的测量方法，产生一个电流足够大，但持续时间很短 的脉冲进行测量。在国军标GJB128-86和国标GB/T 4587-94中也对脉冲测量方法作了规 定，但目前市场提供的半导体测试设备即便采取脉冲式的测量方法，主要还集中在中小电 流(100A以下)的应用上。在进行电力电子元件测量时，测量的目的在于获取伏安关系曲线，或者通过动态 的伏安关系曲线计算出分布电容、分布电感、斜率电阻等参数。为了获取一条曲线，就必须 有足够多的电压、电流测量数据，如果每测量一个数据都需要产生一个高强度的脉冲，那么 测试设备和被测元件都将承受反复的脉冲冲击，这对设备和元件有一定的损伤，同时也会 导致元件发热，偏离初始的测试环境，造成测试数据失真，并且测试效率也比较低。日本岩通公司研制的CS3000系列图示仪可将元件测量范围提高至1000安培，大 电流测试采用的正是脉冲模式，但从其公开的资料来看，其产生的电流脉冲是近似方波，这 就依赖于电源系统产生足够高的驱动能力，因此限制了其向更高电流强度的方向发展，而 且单次测量仅能获取一个数据点，要想获取一条平滑曲线，就要反复测量多次。瑞典LEMSYS 公司的TRs系列测试仪基于同样的原理，但其测量电流可达到6000安培，不过设备体积庞 大，为2158mmx800mmxl235mm的柜体。LEMSYS公司的TDs系列测试仪用于测量电力电子元 件的动态特征参数，其内部用开关元件和两只待测元件构成全桥，用电抗器做负载，能够通 过导通时间控制电流脉冲的强度，但由于其主要目的在于获得开关波形的细节从而计算动 态参数，所以其电源电压在测试期间不能有太大波动，而电流波形从零线性增长，也就是说 其电源的驱动能力必须足够高，导致设备体积庞大，并且其设备内部的开关元件的额定电流必须远高于被测元件的额定电流，这限制了其向超大功率元件测量的场合发展。综上所述，用于电力电子元件测试的装置，其产生的脉冲应当是低能量的，不会导 致被测元件的损伤和明显发热，但其电流幅度应当足够大，足以满足5000安培以上的电力 电子元件的测试需求，此外最好单个脉冲测试就能获取足够多的电压、电流数据，以绘制出 元件的伏安关系曲线或者得到足够的数据求解相应的分布参数的方程。这就要求产生的电 流脉冲的形状不能是简单的矩形波或三角波，必须具有变化的电流及电流斜率。而现有的 晶体管图示仪及其他测量设备均不具备这样的能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种电力电子元件测量的装置，通过窄脉冲的方式，将元 件测量的范围扩展到100—10000安培，采取附加措施后，甚至可以扩展至10000安培以上， 并且实现单脉冲测量就获取全部的参数和曲线。为达成目的，本专利技术采用如下技术方案一种电力电子元件测量装置，包含充电电 源⑴、电容器组⑵、电抗器⑶、脉冲开关⑷、至少一个元件夹具(5)、电压/电流采样电 路(6)及微处理器单元(7)，其特征在于所述充电电源⑴具有限流特性，充电电源⑴和 电容器组⑵并联，然后其正、负极分别和电抗器(3)、脉冲开关⑷串联，所述电抗器(3) 上至少具有一个第一绕组的线圈，在电抗器(3)的第一绕组与脉冲开关(4)之间，及电抗器 (3)的其他各绕组端至少安装有一个元件夹具(5)，电压/电流采样电路(6)和元件夹具 (5)上的电压测量点及元件电流测量点相连，电压/电流采样电路(6)通过数据总线和微处 理器单元(7)相连。所述元件夹具(5)上有固定待测元件(54)的夹持机构(51)和一对电流母线(52) 以及门极触发电路(53)，夹持机构(51)将待测元件(54)的电极可靠固定并连接到电流母 线(52)上，门极触发电路(53)接收微处理器单元的指令并转换成三端电力电子元件所需 的触发信号；所述电压/电流采样电路(6)包含两路模数转换器(61a)、(61b)，第一模数转 换器(61a)的输入端连接元件夹具(5)上的待测元件(54)的电极，第二模数转换器(61b) 的输入端连接元件的电流测量点(63)，两个模数转换器的输出数据总线(62a)、(62b)连接 到微处理器单元；所述电流测量点(63)是和元件夹具(5)串联的电流传感器的输出端；所 述电抗器(3)配备有能量回馈电路(31)，所述能量回馈电路(31)由一支二极管(32)和一 个电抗器(33)串联之后并连在电容器组(2)两端构成；所述电抗器(3)还可以有另外一种 能量回馈电路(34)，能量回馈电路(34)由一支二极管(35)并连在电抗器(3)第一绕组两 端构成；所述脉冲开关(4)是一只大容量半导体开关元件，至少具有在正向偏置电压下开 通和在反向偏置电压下截止的能力，例如绝缘栅双极晶体管、大功率双极型晶体管、场效应 管、晶闸管；所述微处理器单元(7)通过信号线(71)连接脉冲开关(4)和元件夹具(5)上 的门极触发电路。本专利技术的技术方案的工作过程是这样的充电电源向电容器组(2)充电，并且充 电电流限制在安全范围内，充电完毕之后，所述微处理器单元(7)打开脉冲开关(4)，同时 控制元件夹具上的门极触发电路(53)，使元件夹具上的待测元件(54)导通。此后，电容器 组⑵和电抗器⑶、测试夹具(5)构成闭合回路，电容器组(2)的能量向电抗器(3)释放。 在此释放过程中，电抗器(3)的电流从零增长到某个最大值，电容器组(2)的能量完全转移到电抗器⑶上，随后电抗器⑶的电流开始下降并一直降到零，这是LC谐振的过程，如果 忽略元件夹具(5)上待测元件(54)的阻抗及内部连线的电阻，那么形成的电流脉冲就是一 个正弦波的正半周。正弦波的电流及电流斜率都不断在变化之中，利用电压/电流采样电 路(6)采样被测元件(54)的端电压和电流，获取足够多数据就可以得到伏安关系曲线，微 处理器单元(7)借助不断变化的电流斜率可以计算有关di/dt的参数，例如分布电感，将采 样的数据带入非线性方程组，可以求解更加复杂的非线性参数。因此这一个电流脉冲就解 决了很多参数的测试。电流一旦降到零，脉冲开关(4)就关闭，一个测试过程就完成了。前面已经提及，为了达成本专利技术的目的，必须确保电流脉冲本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电力电子元件测量装置，包含充电电源（１）、电容器组（２）、电抗器（３）、脉冲开关（４）、至少一个元件夹具（５）、电压／电流采样电路（６）及微处理器单元（７），其特征在于：所述充电电源（１）具有限流特性，充电电源（１）和电容器组（２）并联，然后其正、负极分别和电抗器（３）、脉冲开关（４）串联，所述电抗器（３）上至少具有一个第一绕组的线圈，在电抗器（３）的第一绕组与脉冲开关（４）之间，及电抗器（３）的其他各绕组端至少安装有一个元件夹具（５），电压／电流采样电路（６）和元件夹具（５）上的电压测量点及元件电流测量点相连，电压／电流采样电路（６）通过数据总线和微处理器单元（７）相连。
【技术特征摘要】
一种电力电子元件测量装置，包含充电电源(1)、电容器组(2)、电抗器(3)、脉冲开关(4)、至少一个元件夹具(5)、电压/电流采样电路(6)及微处理器单元(7)，其特征在于所述充电电源(1)具有限流特性，充电电源(1)和电容器组(2)并联，然后其正、负极分别和电抗器(3)、脉冲开关(4)串联，所述电抗器(3)上至少具有一个第一绕组的线圈，在电抗器(3)的第一绕组与脉冲开关(4)之间，及电抗器(3)的其他各绕组端至少安装有一个元件夹具(5)，电压/电流采样电路(6)和元件夹具(5)上的电压测量点及元件电流测量点相连，电压/电流采样电路(6)通过数据总线和微处理器单元(7)相连。2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述元件夹具(5)上有固定待测元件 (54)的夹持机构(51)和一对电流母线(52)以及门极触发电路(53)，夹持机构(51)将待 测元件(54)的电极可靠固定并连接到电流母线(52)上，门极触发电路(53)接收微处理器 单元的指令并转换成三端电力电子元件所需的触发信号。3.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于所述电压/电流采样电路(6)包含两 路模数转换器(61a)、(61b)，第一模数转换器(61a)的输入端连接元件夹具(5)上的待测 元件(54)的电极，第二模数转...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭春雨，
申请(专利权)人：郭春雨，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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