本發(fā)明涉及電子電力變換器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電力電子變換器直流母排雜散參數(shù)提取方法。

背景技術(shù)：

高壓大容量電力電子變換器在工業(yè)應用中的需求日益廣泛，大功率變換器和器件都處在快速發(fā)展的階段。而在大容量變換器中，直流母排的雜散電感值很大，與igbt器件關(guān)斷時較高的電流變化率相互作用，在igbt器件上引起電壓尖峰，引起器件過壓損耗、損耗增加、emi等一系列問題。因此，設計低雜散電感的母排成為變換器結(jié)構(gòu)設計中需要關(guān)注的問題。為了優(yōu)化直流母排結(jié)構(gòu)，首先需要準確提取雜散電感。

目前提取雜散電感主要有兩類方法，計算法和實驗法。計算法是指根據(jù)母排結(jié)構(gòu)，利用電磁場理論計算雜散電感值，包括解析計算法，有限元方法，部分元等效電路法等等。實驗法是利用器件瞬態(tài)過程和雜散參數(shù)之間的相互關(guān)系來提取雜散參數(shù)。傳統(tǒng)的微分法通過測試電路測試瞬態(tài)過程中igbt器件上的電壓電流波形，然后利用雜散電感值等于電感上的壓降除以雜散電感上的電流變化率這一關(guān)系計算雜散電感值。這種方法需要對瞬態(tài)過程中電流波形進行微分計算，其精度隨電流測量帶寬下降明顯下降，且計算結(jié)果隨工況發(fā)生變化。積分法用積分運算代替了微分運算，降低了提取方法對電流線性度的依賴，精度相對更高。這兩種實驗方法共同的不足之處在于：1、需測量igbt器件的集電極電流，可能需要對變換器結(jié)構(gòu)進行改動，2、提取結(jié)果的精確度都依賴于高帶寬的電流測量設備。與高帶寬電壓探頭相比，高帶寬的電流探頭價格非常昂貴，測量成本很高，3、為保證結(jié)果的精確度，要求電壓電流探頭具有較高的同步性，實施復雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，利用電力電子器件瞬態(tài)電壓電流波形來提取直流母排雜散參數(shù)時，依賴高帶寬的電流測量設備和電壓電流測量設備之間的同步性來保證其精確度，測量成本很高。

為此，本發(fā)明提供了一種不依賴高帶寬電流測量設備的電力電子變換器直流母排雜散參數(shù)提取方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、用被測變換器直流母排搭建雙脈沖測試電路，

所述的測試電路包括依次串聯(lián)的直流母線電容、直流母排、上管igbt，下管igbt構(gòu)成，負載電感與下管igbt并聯(lián)；

對上管igbt發(fā)送雙脈沖驅(qū)動信號，測量上橋臂igbt器件在一定電流下開通暫態(tài)過程中的電壓電流波形；

所述的電壓電流波形包括：上管igbt集射極兩端電壓vce、下管續(xù)流二極管兩端電壓vd，以及負載電感上的負載電流il；

所述測試過程中下管igbt可靠關(guān)斷，其反并聯(lián)二極管起續(xù)流作用；

步驟2、根據(jù)步驟1中測量得到的波形數(shù)據(jù)，按公式(1)

計算直流母線電容的雜散電感l(wèi)sc和直流母排的雜散電感l(wèi)sb之和；

其中積分區(qū)域的選取，積分起始時刻ts選取為從上管igbt關(guān)斷穩(wěn)態(tài)到上管igbt集射極電壓vce從直流母線電壓開始下降之前的時刻，積分終止時刻te為續(xù)流二極管兩端電壓vd從0開始上升的時刻，或選取為igbt穩(wěn)定開通以后的時刻，即上管igbt集射極電壓vce和二極管兩端電壓vd都處于穩(wěn)定狀態(tài)的時刻；

步驟3、將步驟2中得到的總雜散電感值減去直流母線電容的雜散電感值lsc，即得到直流母排的雜散電感值lsb。

進一步，步驟3中所述總雜散電感值包括直流母線電容的雜散電感值lsc，直流母排的雜散電感值lsb，和上管igbt引線的雜散電感l(wèi)st和下管的雜散電感l(wèi)sd。

本發(fā)明的有益效果：

1、實驗測量過程中不需要測量igbt集電極電流，避免了測量電流時對變換器與直流母排的連接結(jié)構(gòu)進行改動。

2、提取得到的雜散電感的精確度不依賴于高帶寬的電流測量設備，可以使用較低帶寬的電流探頭測量負載電流，極大降低測量成本。

3、利用igbt器件與二極管暫態(tài)過程電壓的特征，能夠準確地確定積分區(qū)間，保證結(jié)果精確度。

4、提取得到的雜散電感的精確度不依賴于電壓電流探頭之間的同步性，簡化實驗測量過程。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的測試電路原理圖；

圖2是本發(fā)明中igbt開通暫態(tài)測試波形示意圖；

圖3是本發(fā)明的實施例的igbt開通暫態(tài)實驗波形圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種不依賴高帶寬電流測量設備的電力電子變換器直流母排雜散參數(shù)提取方法，具體包括以下步驟：

步驟1、用被測變換器直流母排搭建雙脈沖測試電路，

所述的測試電路如圖1所示，包括依次串聯(lián)的直流母線電容cdc、直流母排、上管igbt(t1)，下管igbt(t2)，負載電感l(wèi)load與下管igbt相并聯(lián)。測試過程中下管igbt可靠關(guān)斷，僅其反并聯(lián)二極管起續(xù)流作用。

對上管igbt發(fā)送雙脈沖驅(qū)動信號，測量上橋臂igbt器件在一定電流下開通暫態(tài)過程中的電壓電流波形；實施波形包括上管igbt集射極兩端電壓vce、下管續(xù)流二極管兩端電壓vd，以及負載電感上的負載電流il。

其中，由于負載電感較大，負載電流il在暫態(tài)過程中幾乎保持不變，因此測量負載電流il可以不必使用高帶寬的電流測量設備。

步驟2、圖2是本發(fā)明中igbt開通暫態(tài)測試波形示意圖。

igbt開通的動態(tài)過程可以分為六個階段，如圖2所示。由于直流母線電容值很大，暫態(tài)過程中可認為電容電壓不發(fā)生變化。

t0時刻向上管igbt驅(qū)動發(fā)送開通信號，t1時刻igbt柵極電壓達到閾值，上管igbt集電極電流ic開始快速上升。t2時刻，上管igbt集電極電流ic上升到負載電流，此時ic與il相等，二極管開始進入反向恢復階段，因此ic由于二極管反向恢復繼續(xù)上升，二極管電壓vd從0開始上升。

t3時刻，ic達到最大值，二極管電壓vd達到直流母線電壓值。

t3-t6，二極管反向恢復電流從最大值開始減小，ic從最大值逐步下降穩(wěn)定到負載電流值il，vce由于柵極電容的性質(zhì)逐漸下降到開通穩(wěn)態(tài)電壓。因此，t6時刻以及之后的穩(wěn)定開通階段，同樣可以保證ic與il相等。

根據(jù)電感l(wèi)sb和lsc兩端電壓和流過電感的電流ic之間的關(guān)系，有公式(2)

由于電容兩端電壓在暫態(tài)過程中近似不變，可以用igbt關(guān)斷時的電壓vce(ts)來代替，其中ts為從上管igbt關(guān)斷穩(wěn)態(tài)到上管igbt集射極電壓vce從直流母線電壓開始下降之前的時刻。

所以

從ts時刻到te時刻，對公式兩邊做積分，得到公式(4)

由于ts時刻igbt還未開通，此時ic(ts)為零；

將積分終止時刻te選取為續(xù)流二極管兩端電壓vd從0開始上升的時刻，或選取為igbt穩(wěn)定開通以后的時刻，即上管igbt集射極電壓vce和二極管兩端電壓vd都處于穩(wěn)定狀態(tài)的時刻，根據(jù)之前的分析，有ic(te)＝il(te)，即可以測量負載電流來代替集電極電流。

整理得到公式(1)

根據(jù)步驟1中測量得到的波形數(shù)據(jù)，計算得到直流母線電容的雜散電感l(wèi)sc和直流母排的雜散電感l(wèi)sb之和。

其中積分區(qū)域的選取，積分起始時刻ts選取為從上管igbt關(guān)斷穩(wěn)態(tài)到上管igbt集射極電壓vce從直流母線電壓開始下降之前的時刻，積分終止時刻te為續(xù)流二極管兩端電壓vd從0開始上升的時刻，或選取為igbt穩(wěn)定開通以后的時刻，即上管igbt集射極電壓vce和二極管兩端電壓vd都處于穩(wěn)定狀態(tài)的時刻。

步驟3、將步驟2中得到的總雜散電感值減去直流母線電容的雜散電感值lsc，即得到直流母排的雜散電感值lsb。電路中的雜散電感值包括直流母線電容的雜散電感值lsc，直流母排的雜散電感值lsb，和上管igbt引線的雜散電感l(wèi)st，下管的雜散電感l(wèi)sd。

實施例1

將本發(fā)明的方法，應用于提取一臺實際的單相兩電平變換器的直流母排雜散電感參數(shù)。該變換器中使用4500v/3000a的igbt器件。在直流母線電壓約2500v，負載電流約2800a的條件下進行雙脈沖實驗，圖3是本發(fā)明的實施例的igbt開通暫態(tài)實驗波形圖。為了與傳統(tǒng)方法進行比較，在測量負載電流的同時還使用了高帶寬的電流探頭對igbt集電極電流ic進行了測量。應用本發(fā)明的方法提取該變換器的直流母排雜散電感，選擇積分終止時刻te為續(xù)流二極管兩端電壓vd從0開始上升的時刻，得到直流母排雜散電感值為478nh；選擇積分起始時刻積分終止時刻te為igbt穩(wěn)定開通以后的時刻，得到直流母排雜散電感值為466nh。采用帶寬為10mhz的高帶寬電流探頭測量igbt集電極電流的積分法的提取結(jié)果得到直流母排的雜散電感值為461nh，這幾種方法所得結(jié)果相對誤差在4％以下。說明本發(fā)明提供的方法可以在不使用高帶寬電流探頭的情況下，保證測量直流母排雜散參數(shù)提取結(jié)果仍然具有高精度。

上述實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行了詳細說明。顯然，本發(fā)明并不局限于所描述的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員還可據(jù)此做出多種變化，但任何與本發(fā)明等同或相類似的變化都屬于本發(fā)明保護的范圍。