本實用新型屬于智能測試技術(shù)領域，具體而言，本實用新型涉及一種變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置。

背景技術(shù)：

電力電子技術(shù)在大功率轉(zhuǎn)換領域得到廣泛應用，例如靜止式岸電裝置、高壓大容量無功補償系統(tǒng)等，應用領域已經(jīng)涉及到低壓小容量到高壓大容量的領域。在高電壓等級、大容量應用場合，電力電子裝置通常做成若干個功率單元，根據(jù)電壓等級和容量大小決定采用的串、并聯(lián)的功率模塊的個數(shù)。大功率電力電子裝置的功率模塊離主控制器比較遠，且長期處于強磁場環(huán)境中，為提高抗干擾能力，其開關(guān)器件的驅(qū)動信號通常采用光纖傳送。大功率模塊通常要輸出數(shù)百安培的電流，長期的熱量積累會使得模塊內(nèi)溫度升高，長期處于散熱不良的環(huán)境中會加速模塊內(nèi)各個器件的老化過程，降低其絕緣性能，因此，在變流器投運之前必須對功率模塊做滿功率實驗，驗證其散熱系統(tǒng)的性能。

大功率變流器采用分層控制的架構(gòu)，如果用變流器主控制器對功率模塊進行滿功率實驗，需要修改的程序過多，接線過程過于繁瑣，而且容易誤操作，造成功率模塊或其它實驗設備損壞。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于提供一種變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，以至少解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的功率模塊測試效率低的技術(shù)問題。

為了解決上述問題，本實用新型提供一種變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，其技術(shù)方案如下：

一種變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，包括充電回路，用于對待測功率模塊的直流電容進行充電；電壓和電流采樣電路，與所述充電回路相連，對所述充電回路輸入側(cè)的交流電壓、交流電流和輸出側(cè)的直流電壓、直流電流進行采樣；DSP芯片，與所述電壓和電流采樣電路相連，獲得控制所述待測功率模塊內(nèi)部IGBT器件的PWM脈沖信號，還與所述充電回路相連，控制所述充電回路向待測功率模塊充電；PWM脈沖輸出電路，與所述DSP芯片相連，傳輸PWM脈沖信號；和光電轉(zhuǎn)換電路，與所述PWM脈沖輸出電路相連，將PWM脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖傳給待測功率模塊。

如上述的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，進一步優(yōu)選為：所述充電回路包括三相整流橋，在所述三相整流橋的三相交流輸入側(cè)設有三個繼電器，在所述三相整流橋的直流輸出側(cè)的正負極分別串接一個功率電阻和一個繼電器；所述DSP芯片控制所述三相整流橋的五個所述繼電器的啟閉。

如上述的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，進一步優(yōu)選為：所述三相交流輸入側(cè)與電網(wǎng)的三相電壓一一對應相連。

如上述的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，進一步優(yōu)選為：還包括上位機，所示上位機通過RS485接口電路與所述DSP芯片進行通信。

本實用新型裝置與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點和有益效果：設計合理，充電回路的繼電器由DSP芯片控制，實現(xiàn)充電流程自動控制，使人體和高壓、大電流設備相隔離。充電回路中設置限流電阻，限制通過整流橋的電流。當裝置輸出的電壓、電流超過設定的閾值時可斷開充電回路的斷電器，提高裝置和待測功率模塊的安全性。

附圖說明

圖1為本實用新型優(yōu)選實施例的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置的原理圖。

圖2為本實用新型優(yōu)選實施例的充電回路的電氣原理圖。

圖3為本實用新型優(yōu)選實施例的待測功率模塊的電氣原理圖。

圖4為本實用新型優(yōu)選實施例的PWM脈沖輸出電路的驅(qū)動信號示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本實用新型做進一步詳細說明。

如圖1、圖2、圖3和圖4所示，本實用新型優(yōu)選實施例的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置，其主要包括：充電回路1，與待測功率模塊3相連，用于對待測功率模塊3的直流電容進行充電；電壓和電流采樣電路2，與充電回路1相連，用于對充電回路1輸入側(cè)的交流電壓、交流電流和輸出側(cè)的直流電壓、直流電流進行采樣；DSP(數(shù)字信號處理，Digital Signal Processing)芯片4，與電壓和電流采樣電路2相連，用于獲得控制待測功率模塊3內(nèi)部IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)器件的PWM(Pulse Width Modulation，脈沖寬度調(diào)制)脈沖信號，還與充電回路1連接，控制充電回路1向待測功率模塊3充電；PWM脈沖輸出電路5，與DSP芯片4相連，用于生成PWM脈沖信號；和光電轉(zhuǎn)換電路6，與PWM脈沖輸出電路5相連，用于將PWM脈沖信號轉(zhuǎn)換為光信號，通過光纖61傳給待測功率模塊3；測試時，在PWM脈沖信號的控制下，待測功率模塊3輸出測試電流值，經(jīng)過一段時間的運行后，待測功率模塊3內(nèi)部的散熱片溫度上升并達到一個穩(wěn)定值，則可以根據(jù)此時的溫度值對待測功率模塊3的散熱性能進行判定。

總而言之，本實用新型提供的變流器功率模塊散熱性能測試用智能測試裝置為待測功率模塊單獨配置DSP芯片4并將該芯片作為主控芯片，應用于需要對變流器功率模塊的散熱性能進行測試的場合，本實用新型的DSP芯片4控制外圍電路完成對待測功率模塊3的測試，避免了因采用變流器主控制器對待測功率模塊3進行散熱性能測試時，帶來的修改復雜，接線過程繁瑣，操作易失誤、損壞設備等現(xiàn)象的發(fā)生。外圍電路包括電壓和電流采樣電路2、PWM脈沖輸出電路5、光電轉(zhuǎn)換電路6、充電回路1。DSP芯片4控制充電回路1對待測功率模塊3的直流電容進行充電，然后輸出控制待測功率模塊3內(nèi)部IGBT器件(如圖3中的Ga1、Ga2、Gb1、Gb2、Gc1、Gc2、)的驅(qū)動信號(即PWM脈沖信號)，依次經(jīng)PWM脈沖輸出電路5和光電轉(zhuǎn)換電路6處理后，通過光纖61傳給IGBT器件，然后控制待測功率模塊3輸出期望的電流，驗證其散熱性能。本實用新型的測試裝置能充分利用DSP芯片4本身的功能自動對待測功率模塊3進行驅(qū)動脈沖測試(由于IGBT器件由PWM脈沖信號驅(qū)動，因此該裝置還可以進行驅(qū)動脈沖測試)、溫升實驗等測試。

為了能夠?qū)Υ郎y功率模塊3進行合理充電，如圖2所示，本實用新型的充電回路1包括三相整流橋11，在三相整流橋11的三相交流輸入側(cè)設有三個繼電器，分別為與A相對應的SA、與B相對應的SB和與C相對應的SC，在直流輸出側(cè)的正負極分別串接一個功率電阻(或稱限流電路)和一個單相繼電器，分別為與正極DC+對應的功率電阻R1和繼電器SDC1以及與負極DC-對應的功率電阻R2和繼電器SDC2，五個繼電器優(yōu)選為單相繼電器。DSP芯片4用于控制三相整流橋11的五個繼電器的啟閉，DSP芯片4通過控制充電回路1的5個繼電器的啟閉，對待測功率模塊3進行充電。在本實用新型中，DSP芯片4可以對待測功率模塊3輸入、輸出側(cè)的電壓、電流進行監(jiān)控，如果某一電壓、電流超過設定的閾值，則斷開充電回路1的繼電器，達到保護本實用新型的待測功率模塊的目的。

為了便于查看和操作，本實用新型還包括上位機7，上位機7通過RS485接口電路8與DSP芯片4進行通信，例如:DSP芯片4用于向上位機7發(fā)送待測功率模塊3的參數(shù)和接收上位機7的參數(shù)、命令。

下面參照圖1至圖4所示，對本實用新型的工作過程進行詳細描述：

本實用新型包括DSP芯片4、電壓和電流采樣電路2、PWM脈沖輸出電路5、光電轉(zhuǎn)換電路6、充電回路1、RS485接口電路8。

待測功率模塊的測試內(nèi)容是：給待測功率模塊3的直流電容充電并維持電壓穩(wěn)定，在輸出側(cè)接一個感性負載，本實用新型控制待測功率模塊內(nèi)部的IGBT器件的導通和關(guān)斷，使其交流側(cè)輸出一個期望的電流值，運行一定時間后模塊內(nèi)部的散熱片溫度達到穩(wěn)定值，根據(jù)這個溫度值判斷模塊的散熱性能。具體的實施過程如下：

(1)測試前的準備工作，包括：

(a)用2根光纖將本實用新型的測試裝置和待測功率模塊連接起來；

(b)電網(wǎng)三相電壓分別接到本實用新型的充電回路入口A、B、C三處，本實用新型的充電回路的輸出DC+和DC-分別接到待測功率模塊的DC+′和DC-′端；

(c)將上位機和本實用新型的RS485接口電路相連接；

(d)在待測功率模塊的輸出交流側(cè)A、B、C三處分別接電感LA、LB、LC的一端，并用導線將LA、LB、LC的另一端短路，如圖3所示，電感的額定電流不能小于待測功率模塊的額定輸出電流。

(2)利用本實用新型的充電回路對待測功率模塊進行預充電，充電回路的電氣原理圖參見圖2，通過上位機給本實用新型發(fā)送“預充電”命令，本實用新型接收到“預充電”的命令后，先斷開繼電器SDC1、SDC2，后合上繼電器SA、SB、SC，給整流橋提供三相交流電，整流橋通過限流電阻R1和R2給待測功率模塊的直流電容充電。

(3)DSP芯片對充電回路的交流輸入、直流輸出電壓進行采樣，根據(jù)公式

1.414×u_ab<1.2×U_dc (1)

其中，u_ab為交流側(cè)AB線電壓有效值，U_dc為直流側(cè)電壓平均值。公式(1)成立時，表明預充電過程完成，將繼電器SDC1和SDC2合上，充電電流通過SDC1和SDC2繼續(xù)對待測功率模塊進行充電，當U_dc≈1.414×u_ab時，可認為充電完成。

(4)控制待測功率模塊的IGBT的通斷，使功率模塊發(fā)出期望的電流值，經(jīng)過一定時間的運行后功率模塊的散熱片溫度達到穩(wěn)定，通過該溫度值判定功率模塊的散熱系統(tǒng)的性能是否滿足要求，測試流程如下：

(a)通過上位機向本實施例發(fā)送“輸出電流”命令，本實施例接收到“輸出電流”的命令；

(b)假設功率模塊需要輸出的電流為i(t)，頻率為f，電感的感值為L，根據(jù)歐姆定律得：

u(t)＝2πfL×i(t) (2)

u(t)即為功率模塊交流側(cè)(圖3的A、B、C處)需要輸出的電壓值；

(c)對充電回路的輸入交流電壓(u_a、u_b、u_c)、電流(i_a、i_b、i_c)，輸出直流電壓U′_dc、電流I′_dc進行采樣，通過RS485接口電路將這些模擬量采樣值向上位機發(fā)送，同時判斷這些采樣值是否超過預先設定的閾值，如果超過預先設定的閾值，則跳開充電回路輸入側(cè)和輸出側(cè)的繼電器，并封鎖PWM脈沖；

(d)計算在一個開關(guān)周期T內(nèi)，功率模塊的IGBT開通的時間T_on：

T_on＝u(t)/U′_dc (3)

其中，U′_dc為DSP芯片采樣到的充電回路直流側(cè)輸出的電壓瞬時值；

(e)DSP根據(jù)T_on的大小輸出PWM脈沖信號，假設一個開關(guān)周期為T，T_on的時間內(nèi)給G_n1高電平的驅(qū)動信號，給G_n2低電平的驅(qū)動信號，而在T_off＝T-T_on的時間內(nèi)給G_n1低電平的驅(qū)動信號，給G_n2高電平的驅(qū)動信號，其中n＝a、b、c，IGBT驅(qū)動脈沖如圖4所示；

在測試過程中，不斷重復第(4)步的(b)～(e)，經(jīng)過一段時間的運行后，待測的功率模塊溫升達到一個穩(wěn)定值，根據(jù)這時候的溫度值可以判定待測功率模塊的散熱性能，此時，通過上位機向本實施例發(fā)送“停止輸出電流”命令，測試過程結(jié)束。

需要說明的是：上述充電過程{第(2)步和第(3)步})和測試過程并不是唯一的，例如對于充電過程，在其他的實施中，只要實現(xiàn)U_dc≈1.414×u_ab時，即可認為充電完成。

分析可知，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的優(yōu)點和有益效果在于：

設計合理，充電回路的繼電器由DSP芯片控制，實現(xiàn)充電流程自動控制，使人體和高壓、大電流設備相隔離。充電回路中設置限流電阻，限制通過整流橋的電流。當裝置輸出的電壓、電流超過設定的閾值時可斷開充電回路的斷電器，提高裝置和待測功率模塊的安全性。

由技術(shù)常識可知，本實用新型可以通過其它的不脫離其精神實質(zhì)或必要特征的實施方案來實現(xiàn)。因此，上述公開的實施方案，就各方面而言，都只是舉例說明，并不是僅有的。所有在本實用新型范圍內(nèi)或在等同于本實用新型的范圍內(nèi)的改變均被本實用新型包含。