[實用新型]交直流疊加電壓下的高壓功率模塊局部放電檢測系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202020545721.1
• 申請日: 2020-04-14
• 公開（公告）號: CN212483744U
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊英杰;梁琳;顏輝;陳雪筠
• 申請（專利權(quán)）人: 常州瑞華新能源科技有限公司;華中科技大學(xué)
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 南京勤行知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32397
• 代理人: 呂波

本實用新型涉及高壓功率模塊技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種交直流疊加電壓下的高壓功率模塊局部放電檢測系統(tǒng)，包括交直流疊加電源和待測功率模塊Qx，所述待測功率模塊Qx與檢測阻抗Rm串聯(lián)后和耦合電容Ck并聯(lián)接入交直流電源兩端；還包括局部放電檢測儀，所述局部放電檢測儀通過調(diào)理單元連接在檢測阻抗Rm兩側(cè)。采用上述結(jié)構(gòu)后，本實用新型一方面是被測功率模塊在更接近實際工況下的交直流疊加電壓下進(jìn)行測試，使測試中產(chǎn)生的局部放電行為更接近實際工況下的局部放電現(xiàn)象；另一方面通過測試縮小了功率模塊局部放電測試的盲區(qū)，擴大了模塊內(nèi)部接受局部放電測試的范圍，提高了測試的準(zhǔn)確度。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及高壓功率模塊技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種交直流疊加電壓下的高壓功率模塊局部放電檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)

隨著高壓直流輸電線路、直流微電網(wǎng)等電力電子化電力系統(tǒng)的興起，功率模塊正在不斷地朝更高的電壓等級推進(jìn)。傳統(tǒng)的焊接式功率模塊結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中可以看到，由芯片制造商制造的裸芯片8通過焊料層1焊接在襯底2上。襯底2由上下兩層銅層與中間的陶瓷層構(gòu)成，其中上層銅層通過蝕刻銅跡線實現(xiàn)芯片下表面之間的電氣連接，芯片上表面通過鍵合引線7將芯片焊盤與輸出端子連接，輸出端子包括正輸出端子4和負(fù)輸出端子5，襯底2底層銅與連接散熱器的金屬基板3焊接在一起以達(dá)到良好的散熱。最后用硅凝膠和環(huán)氧樹脂組成的封裝填料6將各元件覆蓋，以防止芯片受潮輻射老化等現(xiàn)象出現(xiàn)，并避免模塊內(nèi)部各金屬連接之間的局部放電，確保絕緣強度。更高電壓的功率模塊對封裝結(jié)構(gòu)的絕緣性能提出了更高的要求，因此準(zhǔn)確的功率模塊的絕緣性能測試顯得更為必要。

對于傳統(tǒng)的工頻耐壓、沖擊耐壓試驗，其所施加的試驗電壓只是考核了設(shè)備能否經(jīng)受住各種過電壓的作用。但是，這種過電壓值的試驗與運行中長期工作電壓的作用是有區(qū)別的，經(jīng)受住了過電壓試驗的產(chǎn)品，能否在長期工作電壓作用下保證安全可靠運行，還需要進(jìn)行局部放電測試。

當(dāng)前的國標(biāo)GB/T 25122.1：“軌道交通-機車車輛用電力變流器-第1部分：特性和試驗方法”是工作在 QUOTE或更高電壓下的功率模塊常用的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)定義了局部放電測試如圖2，在局部放電測試中，應(yīng)先使用峰值為 QUOTE （ QUOTE指功率模塊可容許的最高阻斷電壓）的正弦交流電壓保持 QUOTE ，再將交流電壓降至峰值為 QUOTE 保持 QUOTE ，在 QUOTE 測試的最后 QUOTE ，局部放電的電荷積累必須小于 QUOTE ，以此判斷模塊的絕緣性能是否達(dá)標(biāo)。

然而，在上述標(biāo)準(zhǔn)測試過程中施加在功率模塊兩端的電壓是工頻的交流電，這不能代表功率模塊正常運行期間承受的實際應(yīng)力，功率模塊常用于逆變器中，此時模塊承受的是脈沖寬度調(diào)制（PWM）應(yīng)力。不同的電壓類型將在絕緣介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生不同的電場分布，例如絕緣材料在直流電場內(nèi)將按照電阻率分布，在交流電場內(nèi)將按照介電常數(shù)分布，在工頻正弦交流電壓下的局部放電行為與快速上升的高頻方波電壓的局部放電行為也不同。因此在正常運行期間，功率模塊所涉及的不同絕緣材料所承受的應(yīng)力與標(biāo)準(zhǔn)化測試期間施加的簡單交流電壓不同。這是絕緣材料承受電應(yīng)力不準(zhǔn)確的問題。

根據(jù)GB/T 25122.1，連接功率電子模塊的各個輸出端子，在互連的端子和金屬基板之間施加交直流疊加的電壓以測量局部放電量作標(biāo)準(zhǔn)化測試，這樣連接的弊端在于該方法只測試了襯底周圍介質(zhì)的絕緣，而模塊空腔內(nèi)的大部分硅凝膠并沒有參與到測試當(dāng)中。這是測試所覆蓋的模塊內(nèi)絕緣材料的范圍不全面的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型需要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠更準(zhǔn)確可靠的對高壓功率模塊進(jìn)行絕緣性能測試的系統(tǒng)。

為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型的交直流疊加電壓下的高壓功率模塊局部放電檢測系統(tǒng)，包括交直流疊加電源和待測功率模塊Qx，所述待測功率模塊Qx與檢測阻抗Rm串聯(lián)后和耦合電容Ck并聯(lián)接入交直流電源兩端；還包括局部放電檢測儀，所述局部放電檢測儀通過調(diào)理單元連接在檢測阻抗Rm兩側(cè)。

優(yōu)選的，所述檢測阻抗Rm兩側(cè)還并聯(lián)有浪涌保護(hù)二極管Do。