[發(fā)明專利]一種半導體開關器件導通壓降的測量電路

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410466345.6
• 申請日: 2014-09-12
• 公開（公告）號: CN104181462B
• 公開（公告）日: 2017-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 劉慧芳;褚旭;羅穎鵬
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海高等研究院;上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號: G01R31/327
• 分類號: G01R31/327;G01R31/26
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發(fā)明涉及電力電子控制領域，特別是涉及一種半導體開關器件導通壓降的測量電路。

背景技術

半導體開關器件體積小、重量輕、耗電少、壽命長、可靠性高，被廣泛應用于電源、電機控制、逆變器等領域，其性能的好壞決定了產品的優(yōu)劣。導通壓降是半導體開關器件的重要參數(shù)之一，直接關系到器件的輸出功率和輸出電流的能力，半導體開關器件的導通壓降越小，其承受的通態(tài)電流越大。另外，半導體開關器件的導通壓降還關系到器件工作時的溫升及自身的功耗，半導體開關器件的導通壓降越大，其溫升越高，器件的其它參數(shù)將急劇惡化，輕則降低器件壽命，重則立即損壞。

半導體開關器件的導通壓降是電路設計中比較重要的一個參數(shù)，半導體開關器件的導通壓降受結溫Tj和集電極電流Ic的影響，在實際電路工作中，結溫Tj和集電極電流Ic是不斷變化的，導致導通壓降不斷變化。因此，在線實時的測量半導體開關器件的導通壓降有利于準確估計其損耗，從而提高以結溫或損耗為依據(jù)的保護策略的準確性和有效性。

半導體開關器件的導通壓降也是其性能的一個表征，當器件完全失效或損壞之前，其導通壓降往往會出現(xiàn)一定的變化，因此，準確實時的監(jiān)測導通壓降將有助于提前預測器件的失效，從而在故障發(fā)生前就及時的預警并采取相應的維護措施(或保護動作)，以避免器件失效造成的更大損失。

此外，在功率變換器的某些高精度應用時，半導體開關器件的導通壓降將影響變換器輸出電壓的精度，如果能準確實時的監(jiān)測導通壓降，并將其在控制指令中加以補償，可以提高變換器的輸出精度和控制性能。

名為《基于飽和壓降測量的IGBT功率模塊狀態(tài)評估方法研究》的論文中，提出了一種直接測量開關器件的導通和截止電壓的電路1，如圖1所示，開關器件為絕緣柵雙極型晶體管(Insulated?Gate?Bipolar?Transistor，IGBT)，所述IGBT與功率電阻R_L及電源V_C串聯(lián)連接，所述IGBT的控制端連接單脈沖觸發(fā)信號產生裝置11，將IGBT放入恒溫箱12，通過控制單脈沖觸發(fā)信號的脈沖寬度，使IGBT導通時間足夠短，導通損耗產生的結溫約1℃，相比于恒溫箱12的幾十度的溫度，完全可以忽略。給IGBT通以恒定的電流，將示波器13的兩個探頭分別連接于所述IGBT的集電極和發(fā)射極，就可以通過所述示波器13測得恒溫下的導通壓降。此方法的缺點是，由于半導體開關器件的導通壓降一般在幾伏，母線電壓卻高達幾百伏乃至更高，開關管導通時集電極和發(fā)射極的電壓Vce為導通壓降，關斷時為母線電壓，所以，如果直接測量Vce，則測量系統(tǒng)需要具備很高的動態(tài)范圍和分辨率，在實時在線的測量場合，由于半導體開關器件的開關頻率可能高達幾十kHz甚至上百kHz，測量系統(tǒng)還需要很快的響應速度。因此，這種方法適用于母線電壓不高，測量動態(tài)范圍不大的場合，而對于大功率變換器，其母線電壓可能在400V～4000V范圍，這種方法的準確度較低。

另一種常見方法如圖2所示，半導體開關器件導通壓降的測量電路2采用鉗位電路解決動態(tài)范圍的問題，在半導體開關器件上并聯(lián)RDD鉗位電路22。當半導體開關器件受脈沖產生電路21控制關斷時，幾百伏的母線通過電感向RDD鉗位電路22放電，穩(wěn)壓管222被反向擊穿，穩(wěn)壓于10V，示波器23測得的是二極管221導通電壓與10V穩(wěn)壓管222的和，約為10.7V；當半導體開關器件導通時，高壓母線通過電感向半導體開關器件放電，RDD鉗位電路22無電流流過，示波器23測量的就是半導體開關器件的導通壓降。此方法適用于離線測量，在實時在線測量的場合，由于其測量電路和功率主電路直接連接，沒有電氣上的隔離，因此其測量電路需要獨立的隔離電源供電，當變換器中有多個器件需要監(jiān)測時，電路將變得非常復雜，而且可能會引入對主電路的干擾。

因此，如何通過簡單的電路結構，在線、實時、準確地測量功率開關器件的導通壓降已成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發(fā)明內容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種半導體開關器件導通壓降的測量電路，用于解決現(xiàn)有技術中半導體開關器件導通壓降的測量電路準確性低、響應速度慢、電路復雜、抗干擾能力差、待測信號動態(tài)范圍大等問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種半導體開關器件導通壓降的測量電路，所述半導體開關器件導通壓降的測量電路至少包括：

電壓輸入模塊、逆變模塊、測試模塊；

所述電壓輸入模塊用于提供輸入電壓；