專利名稱：一種用于電力電子功率模塊測試的新電路及其脈沖控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的測試電路方案，屬電力電子測試技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著電力電子元件制造技術(shù)的不斷進步，電力電子開關(guān)器件的電壓、電流等級不斷提升，因此構(gòu)成的電力電子變流器的功率模塊電壓等級與容量也越來越大。對功率模塊進行測試也越來越困難。為了降低測試成本，通常對高壓大電流電力電子功率模塊只進行高壓小電流測試和低壓大電流測試，這顯然與高壓大電流功率模塊的實際工作狀態(tài)存在較大的差別，為了解決高壓大電流功率模塊測試對高壓、大電流的要求，需要建立昂貴的高壓大功率測試試驗平臺，本發(fā)明正是基于此，發(fā)明了一種成本低不需要大功率測試試驗平臺就可以對高壓大電流電力電子功率模塊進行高壓大電流測試的試驗電路。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的試驗電路，利用多個高壓大電流電力電子模塊互相配合，以便無需為高壓大電流電力電子功率模塊直流側(cè)提供高壓大功率的直流電源，該電路可以防止直流側(cè)電源電壓波動。
本發(fā)明提出的用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的試驗電路及方案，其特征在于不需要高壓大容量電力系統(tǒng)即可對電力電子功率模塊進行高壓大電流測試，包括(1)高壓大電流測試所用的電路方案，包括多個被測試的高壓大電流功率模塊；多個高壓大電流電感；用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的直流脈沖電容器；高壓三相不控整流橋，以及一個為三相不控整流橋提供交流輸入的調(diào)壓變壓器。
(2)保證直流側(cè)電壓平衡的電力電子模塊脈沖驅(qū)動策略，包括用于驅(qū)動電力電子模塊的脈沖發(fā)生器及其脈沖發(fā)生方法(令不同模塊具有特定的驅(qū)動脈沖，令這些驅(qū)動脈沖之間相差一固定角度)。
更具體提供一種用于高壓大容量電力電子模塊的高壓大電流測試的電路系統(tǒng)，其特征在于，包括多個被測試的高壓大電流功率模塊，通過高壓三相不控整流橋(ZL1，ZL2)，兩兩組成單相橋功率模塊，該多個單相橋功率模塊的直流側(cè)具有用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的直流脈沖電容器(C1-1～C3-2)，所述高壓三相不控整流橋(ZL1，ZL2)通過一個調(diào)壓變壓器提供交流輸入，用于驅(qū)動所述被測試的高壓大電流功率模塊的脈沖發(fā)生器，驅(qū)動各功率模塊，使得各模塊之間的電壓電流相差固定角度，以使得直流側(cè)總的瞬時功率為零。
本發(fā)明提出的用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的試驗電路，具有以下效果和優(yōu)點1、直流側(cè)不需要提供為防止直流電源電壓波動的大功率直流電源，成本大幅降低。
2、電路可以變化使用。可以對三個大功率電力電子模塊進行測試，也可以對多個大功率電力電子模塊同時進行測試。
3、通過調(diào)整調(diào)壓變壓器的分接頭可以改變測試電壓，通過改變驅(qū)動脈沖的角度差可以改變測試電流的大小，因此用于測試高壓大電流模塊測試非常靈活。
綜上所述，本發(fā)明提出的用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的試驗電路，既滿足功率模塊高電壓、大電流測試的要求，而且測試靈活、電路安裝簡單，有效降低了測試設(shè)備及測試本身的成本。


圖1是用于四個逆變器橋臂功率模塊測試的電路方案1。
圖2是用于六個逆變器橋臂功率模塊測試的電路方案2。
圖3是用于六個逆變器橋臂功率塊測試時橋臂輸出電流的波形圖。
圖4是用于六個逆變器橋臂功率塊測試時直流側(cè)電壓的波形圖。
具體實施例方式
●本發(fā)明提出的用于功率模塊測試的電路方案1，其電路如圖1所示，該電路可以用于測試四個逆變器橋臂其中單相橋功率模塊1中T1a、D1a、T2a、D2a、T3a、D3a、T4a、D4a、D5a、D6a構(gòu)成橋臂1，T1b、D1b、T2b、D2b、T3b、D3b、T4b、D4b、D5b、D6b構(gòu)成橋臂2；單相橋功率模塊2中T1a、D1a、T2a、D2a、T3a、D3a、T4a、D4a、D5a、D6a構(gòu)成橋臂3，T1b、D1b、T2b、D2b、T3b、D3b、T4b、D4b、D5b、D6b構(gòu)成橋臂4)，四個逆變器橋臂可以兩兩組成兩個單相橋逆變器。其中圖1中，jX為大電感，g1~g8為功率器件的門限，外接脈沖發(fā)生器，C1-1~C2-2為直流脈沖電容，ZL1和ZL2為三相整流橋。
以下介紹圖1測試電路的工作原理對于圖1所示的電路方案，可以采用一般的脈沖驅(qū)動模式，這里只介紹采用特定消諧PWM脈沖驅(qū)動模式的原理，具體為單相橋功率模塊1和2的橋臂驅(qū)動脈沖采用特定消諧PWM，消除三次、五次、七次等等諧波，調(diào)制比為1。假定電容C1-1、C1-2和C2-1、C2-2的中點N為電壓零點，且直流側(cè)電容C1-1與C1-2或C2-1與C2-2兩端電壓相等即Udc1＝Udc2＝Udc，則單相橋功率模塊1橋臂1的輸出電壓為u1(t)＝Udcsinωt(1)橋臂2的輸出電壓為u2(t)＝Udcsin(ωt-δ) (2)其中δ為兩橋臂輸出電壓之間的相角差。
則單相橋功率模塊1的輸出電壓為u1O(t)=u1(t)-u2(t)-Udc2cosδ2sin(ωt-δ2)---(3)]]>因此輸出電流為i1O(t)=-Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2-π2)=--Udc2cosδ2Xcos(ωt-δ2)---(4)]]>而單相橋功率模塊2的橋臂3驅(qū)動脈沖與單相橋功率模塊1橋臂1類似，只是驅(qū)動脈沖的相角落后90度，即其輸出電壓為u3(t)=Udcsin(ωt-π2)---(5)]]>單相橋功率模塊2的橋臂4的輸出電壓為u4(t)=Udcsin(ωt-π2-δ)---(6)]]>因此單相橋功率模塊2的輸出電壓為u1O(t)=u1(t)-u2(t)-Udc2cosδ2sin(ωt-δ2)---(3)]]>單相橋功率模塊2的輸出電流為i2O(t)=Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2-π)=-Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2)---(8)]]>所以總的瞬時功率為p＝u1O(t)i1O(t)+u2O(t)i2O(t)＝0(9)由于總瞬時功率為0，所以直流側(cè)C1-1、C1-2上的電壓不會發(fā)生波動，直流側(cè)只需提供電路及開關(guān)器件的損耗，而不需要與功率模塊容量相當(dāng)?shù)拇蠊β手绷麟娫础?br> ●本發(fā)明提出的用于功率模塊測試的電路方案2，其電路如圖2所示，該電路可以用于測試六個逆變器橋臂其中單相橋功率模塊1中T1a、D1a、T2a、D2a、T3a、D3a、T4a、D4a，D5a、D6a構(gòu)成橋臂1，T1b、D1b、T2b、D2b、T3b、D3b、T4b、D4b、D5b、D6b構(gòu)成橋臂2；單相橋功率模塊2中T1a、D1a、T2a、D2a、T3a、D3a、T4a、D4a，D5a、D6a構(gòu)成橋臂3，T1b、D1b、T2b、D2b、T3b、D3b、T4b、D4b、D5b、D6b構(gòu)成橋臂4；單相橋功率模塊3中T1a、D1a、T2a、D2a、T3a、D3a、T4a、D4a，D5a、D6a構(gòu)成橋臂5，T1b、D1b、T2b、D2b、T3b、D3b、T4b、D4b、D5b、D6b構(gòu)成橋臂6)，六個逆變器橋臂可以兩兩組成三個單相橋逆變器。其中圖2中，jX為大電感，g1~g8為功率器件的門限，外接脈沖發(fā)生器，C1-1~C3-2為直流脈沖電容，ZL1和ZL2為三相整流橋。
以下介紹圖2測試電路的工作原理對于圖2所示的電路方案，可以采用一般的脈沖驅(qū)動模式，這里只介紹采用特定消諧PWM脈沖驅(qū)動模式的原理，具體為單相橋功率模塊1、2和3的橋臂驅(qū)動脈沖采用特定消諧PWM，消除三次、五次、七次等等諧波，調(diào)制比為1。假定電容C1-1、C1-2和C2-1、C2-2和C3-1、C3-2的中點N為電壓零點，且直流側(cè)兩電容電壓相等即Udc1＝Udc2＝Udc，則單相橋功率模塊1橋臂1的輸出電壓為u1(t)＝Udcsinωt (10)橋臂2的輸出電壓為u2(t)＝Udcsin(ωt-δ) (11)其中δ為兩橋臂輸出電壓之間的相角差。
則單相橋功率模塊1的輸出電壓為u1O(t)=u1(t)-u2(t)-Udc2cosδ2sin(ωt-δ2)---(12)]]>因此輸出電流為i1O(t)=Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2-π2)=-Udc2cosδ2Xcos(ωt-δ2)---(13)]]>而單相橋功率模塊2的橋臂3驅(qū)動脈沖與單相橋功率模塊1橋臂1類似，只是驅(qū)動脈沖的相角落后120度，即其輸出電壓為u3(t)=Udcsin(ωt-2π3)---(14)]]>單相橋功率模塊2的橋臂4的輸出電壓為u4(t)=Udcsin(ωt-2π3-δ)---(15)]]>因此單相橋功率模塊2的輸出電壓為u2O(t)=u3(t)-u4(t)=Udc2cosδ2sin(ωt-δ2-2π3)---(16)]]>單相橋功率模塊2的輸出電流為
i2O(t)=Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2-7π6)=-Udc2cosδ2Xcos(ωt-δ2-2π3)---(17)]]>單相橋功率模塊3的橋臂5驅(qū)動脈沖與單相橋功率模塊1橋臂1類似，只是驅(qū)動脈沖的相角領(lǐng)先120度，即其輸出電壓為u5(t)=Udcsin(ωt+2π3)---(18)]]>單相橋功率模塊3的橋臂6的輸出電壓為u6(t)=Udcsin(ωt+2π3-δ)---(19)]]>因此單相橋功率模塊3的輸出電壓為u3O(t)=u5(t)-u6(t)=Udc2cosδ2sin(ωt-δ2+2π3)---(20)]]>單相橋功率模塊3的輸出電流為i3O(t)=Udc2cosδ2Xsin(ωt-δ2-π6)=-Udc2cosδ2Xcos(ωt-δ2+2π3)---(21)]]>所以總的瞬時功率為p＝u1O(t)i1O(t)+u2O(t)i2O(t)+u3O(t)i3O(t)＝0 (9)由于總瞬時功率為0，所以直流側(cè)電容C1-1、C1-2上的電壓不會發(fā)生波動，直流側(cè)只需提供電路及開關(guān)器件的損耗，而不需要與功率模塊容量相當(dāng)?shù)拇蠊β手绷麟娫础?br> 圖3給出了六個逆變器橋臂功率塊測試時橋臂輸出電流的波形圖，其中電流采用霍爾元件測量得到，此時直流側(cè)電壓為1700V(每個電容850V)，而交流輸出電流有效值為700A(每毫伏代表20安培)。
圖4為上述測試條件下直流側(cè)電容C1-1的電壓波形。由圖3和圖4可以看到，當(dāng)直流側(cè)測試電壓為1700V，逆變器輸出電流為700A，相當(dāng)于整個電路工作在2.52MVA容量時，直流側(cè)電壓的波動很小。
而整個直流側(cè)電源由380V交流供電，經(jīng)自耦調(diào)壓變壓器TYB(0-400V)、升壓變壓器SYB至三相整流橋ZL1和ZL2的容量均不超過60kVA?？梢姳景l(fā)明提出的測試電路可以有效的對高壓大功率模塊進行高壓大電流測試，而直流側(cè)所需的容量僅為逆變器容量的四十分之一，大大降低了測試的成本。
權(quán)利要求
1.一種用于高壓大容量電力電子模塊的高壓大電流測試的電路系統(tǒng)，其特征在于，包括多個被測試的高壓大電流功率模塊，通過高壓三相不控整流橋(ZL1，ZL2)，兩兩組成單相橋功率模塊，該多個單相橋功率模塊的直流側(cè)具有用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的直流脈沖電容器(C1-1~C3-2)，所述高壓三相不控整流橋(ZL1，ZL2)通過一個調(diào)壓變壓器提供交流輸入，用于驅(qū)動所述被測試的高壓大電流功率模塊的脈沖發(fā)生器，驅(qū)動各功率模塊，使得各模塊之間的電壓電流相差固定角度，以使得直流側(cè)總的瞬時功率為零。
2.如權(quán)利要求1所述的電路系統(tǒng)，其中所述脈沖驅(qū)動采用特定消諧PWM脈沖驅(qū)動模式。
3.如權(quán)利要求1所述的電路系統(tǒng)，所述各模塊之間的電壓電流相差的固定角度為測試四個逆變器橋臂時，90°；測試六個逆變器橋臂時，120°。
4.一種無需利用高壓大容量電力系統(tǒng)即可對高壓大電流電力電子模塊進行高壓大電流測試的方法，包括步驟將多個被測試的高壓大電流功率模塊通過高壓三相不控整流橋兩兩組成多個單相橋功率模塊，所述的功率模塊包括三電平或多電平單相功率模塊、二電平單相功率模塊；在所述多個單相橋功率模塊的直流側(cè)設(shè)置用于穩(wěn)定直流側(cè)電壓的直流脈沖電容器(C1-1~C3-2)；用一個調(diào)壓變壓器為所述三相不控整流橋(ZL1，ZL2)提供交流輸入；脈沖驅(qū)動各單相橋功率模塊，使得各模塊之間的電壓電流相差固定角度，以使得直流側(cè)總的瞬時功率為零。
5.如權(quán)利要求4的方法，其中所述脈沖驅(qū)動采用特定消諧PWM脈沖驅(qū)動模式。
6.如權(quán)利要求4的方法，所述各模塊之間的電壓電流相差的固定角度為測試四個逆變器橋臂時，90°；測試六個逆變器橋臂時，120°。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于高壓大電流電力電子功率模塊測試的測試電路方案，屬電力電子測試技術(shù)領(lǐng)域。包括多個工作于逆變狀態(tài)高壓大電流功率模塊，用于連接的高壓大電流電抗器，提供功率僅為電力電子功率模塊二十分之一的整流模塊以及保證直流側(cè)電壓平衡的電力電子模塊脈沖驅(qū)動策略。本發(fā)明的高壓大電流電力電子功率模塊測試電路，可對各種高壓大電流的功率模塊進行高壓、大電流測試，避免了通常對高壓大電流功率模塊只能進行高壓小電流或低壓大電流測試的難題，可以對高壓大電流功率模塊進行高壓大電流測試。由于采用該測試方案不需要提供高壓大容量與功率模塊容量接近的直流電源，因此該測試方案成本低，測試方法簡單，是用于功率模塊高壓大電流測試的實用電路。
文檔編號G01R31/28GK1731206SQ200510102629
公開日2006年2月8日 申請日期2005年9月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月12日
發(fā)明者姜齊榮, 沈斐, 虞蒼璧 申請人:北京四方清能電氣電子有限公司