一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路及其測(cè)試方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，它包括：第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三功率開關(guān)管S3、直流電源Vd、直流儲(chǔ)能電容Cd、續(xù)流電抗器Lload。本發(fā)明還提供了該測(cè)試電路的測(cè)試方法。本發(fā)明中的待測(cè)功率開關(guān)管不參與負(fù)載電流的建立，因此在負(fù)載電流建立過(guò)程中產(chǎn)生的損耗不會(huì)對(duì)待測(cè)待測(cè)功率開關(guān)管的溫度產(chǎn)生影響，可以確保待測(cè)功率開關(guān)管在動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)的環(huán)境溫度穩(wěn)定。
【專利說(shuō)明】—種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路及其測(cè)試方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電力電子器件應(yīng)用領(lǐng)域，具體涉及一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路及其測(cè)試方法。
【背景技術(shù)】
[0002]大功率全控型開關(guān)器件被廣泛應(yīng)用于中大功率變流器，是中大功率變流器的核心基礎(chǔ)部件之一，且整個(gè)變流器的性能與功率器件的動(dòng)態(tài)開關(guān)特性密切相關(guān)。功率開關(guān)器件在開關(guān)瞬態(tài)會(huì)因?yàn)楣β驶芈分械碾s散參數(shù)產(chǎn)生電壓尖峰、電流過(guò)沖和相應(yīng)的開關(guān)損耗。功率器件的開關(guān)特性在一定程度上決定了變流器的功率密度、散熱設(shè)計(jì)、最高開關(guān)頻率、電磁兼容和系統(tǒng)絕緣設(shè)計(jì)等。在實(shí)際應(yīng)用工況中，功率器件的開關(guān)特性主要與其工作環(huán)境包括驅(qū)動(dòng)參數(shù)、電壓等級(jí)、工作電流等級(jí)、主功率回路設(shè)計(jì)、模塊寄生參數(shù)、線路雜散參數(shù)以及功率開關(guān)管的芯片結(jié)溫等因素密切相關(guān)。因此研究功率開關(guān)管在不同工況下的開關(guān)特性對(duì)合理設(shè)計(jì)功率變流器、改善變流器性能、提高系統(tǒng)可靠性及其壽命有著重要的實(shí)際意義。
[0003]常規(guī)的功率開關(guān)器件開關(guān)特性的測(cè)試方案采用的測(cè)試電路為兩電平變流器半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如圖1所示；常規(guī)的測(cè)試方法為雙脈沖測(cè)試法，其測(cè)試開關(guān)時(shí)序以及溫升示意情況，如圖5所示；對(duì)第一功率開關(guān)S1管施加兩個(gè)脈沖控制，第一個(gè)脈沖建立額定的測(cè)試電流，間隔一段時(shí)間，對(duì)開關(guān)管S2施加第二個(gè)脈沖獲得功率器件相應(yīng)的開通與關(guān)斷波形。另一種結(jié)構(gòu)的常規(guī)功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路如圖2所示。在對(duì)下管施加雙脈沖之前，功率開關(guān)管會(huì)被恒溫裝置加熱至一個(gè)固定溫度后，再進(jìn)行開關(guān)特性測(cè)試，其目的確保功率開關(guān)管的開關(guān)特性實(shí)驗(yàn)是在已知確定的環(huán)境溫度下進(jìn)行。該方案的不足在于:
第一功率開關(guān)管S1即是控制額定電流大小的控制器件，同時(shí)也是待測(cè)試器件。在第一個(gè)脈沖階段里，是測(cè)試電流從零上升到額定電流的過(guò)程，待測(cè)器件由于自身的損耗會(huì)產(chǎn)生自熱效應(yīng)，此時(shí)芯片溫度會(huì)高于已知設(shè)定的芯片溫度。因此，當(dāng)功率器件在第二個(gè)脈沖進(jìn)行開關(guān)特性測(cè)試時(shí)，功率器件是在一個(gè)未知的且高于之前設(shè)定的環(huán)境溫度下進(jìn)行。因此在該溫度下獲得的開關(guān)特性測(cè)試數(shù)據(jù)并不準(zhǔn)確，并且直接影響測(cè)試結(jié)果精確性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明提供了一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，可以消除常規(guī)方案中待測(cè)功率開關(guān)管在第一個(gè)脈沖器件產(chǎn)生的自熱效應(yīng)。為此，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:該電路包括第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管&、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三功率開關(guān)管S3、直流電源Vd、直流儲(chǔ)能電WCd、續(xù)流電抗器Lltjad，其中:
所述第一功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D1，第二功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D2,第三功率開關(guān)管S3自帶反并聯(lián)二極管D3 ；
所述功率開關(guān)管S3的控制輸入端與關(guān)管S3的輸出端短接；所述功率開關(guān)管S1的輸入端與功率開關(guān)管S2的輸入端、功率開關(guān)管S3的輸出端、和續(xù)流電抗器Lltjad的一端相連接；
所述續(xù)流電抗器Lltjad的一端與功率開關(guān)管S3的輸出端，另一端與功率開關(guān)管S3的輸入端相連接；
所述功率開關(guān)管S3的輸入端與直流儲(chǔ)能電容Cd的正極和直流電源Vd的正極相連接；所述功率開關(guān)管S1的輸出端與功率開關(guān)管S2的輸出端、直流儲(chǔ)能電容Cd的負(fù)極和直流電源Vd的負(fù)極相連接；
所述第一驅(qū)動(dòng)電路連接至第一功率開關(guān)管S1的控制端，第二驅(qū)動(dòng)電路連接至第二功率開關(guān)管S2的控制端。
[0005]優(yōu)選地，所述第一功率開關(guān)管S1是待被測(cè)試的功率開關(guān)管；所述的第二功率開關(guān)管是輔助開關(guān)管；所述的開關(guān)管S3中的反并聯(lián)二極管D3是續(xù)流二極管。
[0006]所述的帶反并聯(lián)二極管的功率開關(guān)管S3可以采用獨(dú)立的功率二極管，其連接方式與開關(guān)管S3的反并聯(lián)二極管D3相同。
[0007]優(yōu)選地，功率開關(guān)管S2采用與待測(cè)功率開關(guān)管S1同一型號(hào)的功率器件。
[0008]本發(fā)明還針對(duì)所述的具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，提出了一種相應(yīng)的測(cè)試方法，該方法包括以下步驟:
步驟一,在h至h時(shí)刻內(nèi)，所述第二功率開關(guān)管S2在h時(shí)刻開通，所述第一功率開關(guān)管S1保持關(guān)斷，所述直流電`源Vd通過(guò)第二功率開關(guān)管S2對(duì)所述續(xù)流電抗器Lltjad進(jìn)行充電，通過(guò)對(duì)h至h時(shí)間段的控制，將流經(jīng)第二功率開關(guān)管S2的電流調(diào)節(jié)至第一額定負(fù)載電流，并在h時(shí)刻將第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷；
步驟二，在h至t2時(shí)刻內(nèi)，所述第一額定負(fù)載電流在所述續(xù)流電抗器Lltjad和功率開關(guān)管S3中的反并聯(lián)二極管D3組成的回路中續(xù)流，直至t2時(shí)刻第一驅(qū)動(dòng)電路開通第一功率開關(guān)管S1 ；
步驟三，利用t2時(shí)刻的開通過(guò)程，測(cè)量續(xù)流二極管D3的反向恢復(fù)特性，以及第一功率開關(guān)管S1的開通時(shí)刻的電壓、開通延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流；
步驟四，在t2至t3時(shí)刻內(nèi)，依靠所述續(xù)流電抗器Lltjad的阻抗，將流經(jīng)所述第一功率開關(guān)管S1調(diào)節(jié)至第二額定負(fù)載電流，并在t3時(shí)刻關(guān)斷第一功率開關(guān)管S1,同時(shí)保持第二功率開關(guān)管S2為關(guān)斷狀態(tài)；
步驟五，利用t3時(shí)刻功率開關(guān)管S1的關(guān)斷過(guò)程，測(cè)量功率開關(guān)管S1的關(guān)斷電壓、關(guān)斷延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流。
[0009]由于采用了本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提供的測(cè)試電路在待測(cè)試功率開關(guān)管旁邊并聯(lián)一只功率開關(guān)管，控制并聯(lián)的開關(guān)管建立額定負(fù)載電流，待測(cè)功率開關(guān)管做開關(guān)特性測(cè)試。本發(fā)明中的待測(cè)功率開關(guān)管不參與負(fù)載電流的建立，因此在負(fù)載電流建立過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不會(huì)對(duì)待測(cè)功率開關(guān)管的溫度產(chǎn)生影響，可以確保待測(cè)功率開關(guān)管在動(dòng)態(tài)測(cè)試時(shí)的起始環(huán)1--溫度確定。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1是常規(guī)的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路。
[0011]圖2是另一種常規(guī)的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路。[0012]圖3是本發(fā)明具有熱電解耦功能的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路。
[0013]圖4是本發(fā)明另一種具有熱電解耦功能的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路。
[0014]圖5是常規(guī)的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路測(cè)試時(shí)序圖。
[0015]圖6是本發(fā)明動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路的測(cè)試時(shí)序圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為了更為具體地描述本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]【具體實(shí)施方式】一:
如圖3所示，本發(fā)明的具有熱電解耦功能的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路包括:第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三功率開關(guān)管S3、直流電源Vd、直流儲(chǔ)能電容Cd、續(xù)流電抗器Lltjad，其中:
功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D1，功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D2，功率開關(guān)管S3自帶反并聯(lián)二極管D3。功率開關(guān)管S3的控制輸入端與關(guān)管S3的輸出端短接，功率開關(guān)管S3處于關(guān)斷狀態(tài)，其反并聯(lián)二極管D3作為續(xù)流二極管。
[0018]功率開關(guān)管S1的輸入端與功率開關(guān)管S2的輸入端、功率開關(guān)管S3的輸出端、和續(xù)流電抗器Lltjad的一端相連接；續(xù)流電抗器Llrad的一端與功率開關(guān)管S3的輸出端,另一端與功率開關(guān)管S3的輸入端相連接，續(xù)流電抗器Lltjad與功率開關(guān)管S3是并聯(lián)關(guān)系；功率開關(guān)管S3的輸入端與直流儲(chǔ)能電容Cd的正極和直流電源Vd的正極相連接，功率開關(guān)管S1的輸出端與功率開關(guān)管S2的輸出端、直流儲(chǔ)能電容Cd的負(fù)極和直流電源Vd的負(fù)極相連接。
[0019]【具體實(shí)施方式】二:
作為另一種實(shí)施方式，如圖4所示，續(xù)流二極管Df為獨(dú)立的功率二極管。
[0020]圖5是常規(guī)的功率開關(guān)管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路測(cè)試時(shí)序圖，圖中附圖標(biāo)號(hào)I表示的是未知溫度點(diǎn)。
[0021]針對(duì)本發(fā)明提出的具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，結(jié)合圖3中的測(cè)試電路，提出了一種相應(yīng)的熱電解耦測(cè)試方法，其開關(guān)管測(cè)試時(shí)序圖如圖6所示:
步驟一，直流電源施加額定直流電壓在直流儲(chǔ)能電容上。功率開關(guān)管S1為待測(cè)試器件。在h時(shí)刻開通功率開關(guān)管S2,同時(shí)保持開關(guān)管S1為關(guān)斷狀態(tài)。直流電源Vd通過(guò)第二功率開關(guān)管S2對(duì)續(xù)流電抗器Lltjad進(jìn)行充電，通過(guò)對(duì)h至h時(shí)間段的控制，將流經(jīng)第二功率開關(guān)管S2的電流調(diào)節(jié)至第一額定負(fù)載電流，并在h時(shí)刻將第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷；
步驟二，在ti至t2時(shí)刻內(nèi)，保持第一功率開關(guān)管S1和開關(guān)管S2為關(guān)斷狀態(tài)。在此時(shí)間段內(nèi)，第一額定負(fù)載電流在續(xù)流電抗器Lltjad與反并聯(lián)二極管D3組成的回路中續(xù)流，直至t2時(shí)刻開通第一功率開關(guān)管S1,同時(shí)保持開關(guān)管S2為關(guān)斷狀態(tài)。
[0022]步驟三，利用t2時(shí)刻的開通過(guò)程，測(cè)量續(xù)流二極管D3的反向恢復(fù)特性，以及第一功率開關(guān)管S1的開通時(shí)刻的電壓、開通延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流；
步驟四，在t2至t3時(shí)刻內(nèi)，依靠續(xù)流電抗器Lltjad的阻抗，將流經(jīng)所述第一功率開關(guān)管S1調(diào)節(jié)至第二額定負(fù)載電流，并在t3時(shí)刻關(guān)斷第一功率開關(guān)管S1,同時(shí)保持第二功率開關(guān)管S2為關(guān)斷狀態(tài)；
步驟五，利用t3時(shí)刻功率開關(guān)管S1的關(guān)斷過(guò)程，測(cè)量功率開關(guān)管S1的關(guān)斷電壓、關(guān)斷延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流；
在步驟一當(dāng)中，開關(guān)管S2在調(diào)整負(fù)載電流的過(guò)程中，在功率器件上S2的損耗并不會(huì)影響待測(cè)開關(guān)管S1的溫度。這樣開關(guān)管S1在進(jìn)行開關(guān)特性測(cè)試時(shí)的溫度可以被確定。
【權(quán)利要求】
1.一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，其特征在于所述測(cè)試電路包括:第一功率開關(guān)管S1、第二功率開關(guān)管S2、第一驅(qū)動(dòng)電路、第二驅(qū)動(dòng)電路、第三功率開關(guān)管S3、直流電源Vd、直流儲(chǔ)能電容Cd、續(xù)流電抗器Lltjad，其中: 所述第一功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D1，第二功率開關(guān)管S1自帶反并聯(lián)二極管D2,第三功率開關(guān)管S3自帶反并聯(lián)二極管D3 ； 所述功率開關(guān)管S3的控制輸入端與開關(guān)管S3輸出端短接； 所述功率開關(guān)管S1的輸入端與功率開關(guān)管S2的輸入端、功率開關(guān)管S3的輸出端、和續(xù)流電抗器Lltjad的一端相連接； 所述續(xù)流電抗器Lltjad的一端與功率開關(guān)管S3的輸出端，另一端與功率開關(guān)管S3的輸入端相連接； 所述功率開關(guān)管S3的輸入端與直流儲(chǔ)能電容Cd的正極和直流電源Vd的正極相連接；所述功率開關(guān)管S1的輸出端與功率開關(guān)管S2的輸出端、直流儲(chǔ)能電容Cd的負(fù)極和直流電源Vd的負(fù)極相連接； 所述第一驅(qū)動(dòng)電路連接至第一功率開關(guān)管S1的控制端，第二驅(qū)動(dòng)電路連接至第二功率開關(guān)管S2的控制端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，其特征在于所述第一功率開關(guān)管S1是待被測(cè)試的功率開關(guān)管；所述的第二功率開關(guān)管是輔助開關(guān)管；所述的開關(guān)管S3中的反并聯(lián)二極管D3是續(xù)流二極管。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，其特征在于所述的帶反并聯(lián)二 極管的功率開關(guān)管S3可以采用獨(dú)立的功率二極管，其連接方式與開關(guān)管S3的反并聯(lián)二極管D3相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路，其特征在于功率開關(guān)管S2采用與待測(cè)功率開關(guān)管S1同一型號(hào)的功率器件。
5.一種基于權(quán)利要求1所述的具有熱電解耦功能的功率器件動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路的測(cè)試方法，其特征在于它包括以下步驟: 步驟一，所述動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路的測(cè)試過(guò)程共有四個(gè)動(dòng)作時(shí)間點(diǎn)h、t2和t3 ;所述第二驅(qū)動(dòng)電路控制第二功率開關(guān)管在h時(shí)刻開通，h時(shí)刻關(guān)斷，并在h時(shí)刻之后保持第二功率開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)；所述第一驅(qū)動(dòng)電路控制第一功率開關(guān)管在t2時(shí)刻開通，t3時(shí)刻關(guān)斷，并在h時(shí)刻之后保持第二功率開關(guān)管為關(guān)斷狀態(tài)； 步驟二,在h至h時(shí)刻內(nèi)，所述第二功率開關(guān)管S2在h時(shí)刻開通，所述第一功率開關(guān)管S1保持關(guān)斷，所述直流電源Vd通過(guò)第二功率開關(guān)管S2對(duì)所述續(xù)流電抗器Lltjad進(jìn)行充電，通過(guò)對(duì)h至h時(shí)間段的控制，將流經(jīng)第二功率開關(guān)管S2的電流調(diào)節(jié)至第一額定負(fù)載電流，并在h時(shí)刻將第二功率開關(guān)管S2關(guān)斷； 步驟三，在h至t2時(shí)刻內(nèi)，所述第一額定負(fù)載電流在所述續(xù)流電抗器Lltjad和功率開關(guān)管S3中的反并聯(lián)二極管D3組成的回路中續(xù)流，直至t2時(shí)刻第一驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)第一功率開關(guān)管S1開通； 步驟四，利用t2時(shí)刻的開通過(guò)程，測(cè)量續(xù)流二極管D3的反向恢復(fù)特性，以及第一功率開關(guān)管S1的開通時(shí)刻的電壓、開通延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流； 步驟五，在t2至t3時(shí)刻內(nèi)，依靠所述續(xù)流電抗器Lltjad的阻抗，將流經(jīng)所述第一功率開關(guān)管S1調(diào)節(jié)至第二額定負(fù)載電流，并在t3時(shí)刻關(guān)斷第一功率開關(guān)管S1,同時(shí)保持第二功率開關(guān)管S2為關(guān)斷狀態(tài)； 步驟六，利用t3時(shí)刻功率開關(guān)管S1的關(guān)斷過(guò)程 ，測(cè)量功率開關(guān)管S1的關(guān)斷電壓、關(guān)斷延時(shí)和流經(jīng)功率開關(guān)管S1的電流。
【文檔編號(hào)】G01R1/44GK103605072SQ201310618725
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】羅皓澤, 李武華, 郭清, 盛況 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)