本發(fā)明涉及一種功率器件損耗測(cè)試方法，屬于電力電子技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，電力電子器件越來(lái)越趨于高頻、大功率和高集成化。研究器件損耗可以為功率變換裝置系統(tǒng)中器件選型和散熱設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)，同時(shí)為優(yōu)化系統(tǒng)工作效率提供重要依據(jù)。

近些年來(lái)，電力電子器件損耗研究一直是電力電子領(lǐng)域中非常重要的一個(gè)研究方向，當(dāng)前應(yīng)用較多的研究方法是基于器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中給出的數(shù)據(jù)估算器件損耗。該方法依賴于電力電子器件廠家提供的手冊(cè)，通過(guò)實(shí)際工況與控制方式確定電壓、電流和占空比等參數(shù)，然后選擇功率器件。通過(guò)對(duì)應(yīng)功率器件數(shù)據(jù)手冊(cè)中功率器件的特性曲線，根據(jù)實(shí)際條件查找對(duì)應(yīng)的損耗數(shù)據(jù)。例如中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)(cn201510900848.4)于2017年5月10日公開(kāi)的《一種sicmosfet三電平逆變電路損耗計(jì)算方法》，該方法就是根據(jù)已知所使用的sicmosfet器件在額定狀態(tài)下的特性參數(shù)，估算各種條件下的功率損耗。然而不同器件制造商所提供的測(cè)試條件各異，手冊(cè)中的損耗參數(shù)或曲線是標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試環(huán)境下提取的，與實(shí)際工況難免有很大差距，準(zhǔn)確性不高。

中國(guó)發(fā)明專利申請(qǐng)公開(kāi)說(shuō)明書(shū)(cn201610822936.1)于2017年2月15日公開(kāi)的《一種現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量變流器igbt模塊損耗的方法》采用的是變流器輸入端并聯(lián)直流電容，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中記錄兩種不同開(kāi)關(guān)頻率下直流電容兩端電壓隨時(shí)間的變化曲線，利用能量守恒定律的原理得到開(kāi)關(guān)管損耗。但是這種測(cè)試方法需要保證電氣測(cè)量設(shè)備能夠準(zhǔn)確采集所需信息，其準(zhǔn)確性受到測(cè)量設(shè)備精度等外在條件的限制。

萊昂內(nèi)爾霍夫曼在2014年5月發(fā)表在ieeetransactionsonpowerelectronics(ieee電力電子學(xué)會(huì)刊)上的文獻(xiàn)“optimizationofthedriverofganpowertransistorsthroughmeasurementoftheirthermalbehavior”(“通過(guò)熱測(cè)試的方法優(yōu)化氮化鎵功率晶體管的驅(qū)動(dòng)”)上提出一種通過(guò)熱測(cè)試來(lái)得到器件損耗的方法。該方法通過(guò)測(cè)試固定在器件上的圓柱金屬塊的起始溫度，間接測(cè)得器件的損耗。然而該測(cè)試方法沒(méi)有考慮到環(huán)境溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，同時(shí)由于在功率器件剛開(kāi)始工作時(shí)，起始溫度變化并不穩(wěn)定，導(dǎo)致了測(cè)試結(jié)果誤差的產(chǎn)生。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問(wèn)題就是克服上述方案的局限性，提出一種功率器件損耗測(cè)試方法。該方法通過(guò)在實(shí)際工作環(huán)境中測(cè)試待測(cè)器件對(duì)應(yīng)的立方體金屬塊溫差，去除了環(huán)境溫度和起始溫度變化不穩(wěn)定的影響，得到準(zhǔn)確的功率器件損耗數(shù)據(jù)。

為解決本發(fā)明的技術(shù)問(wèn)題，所采用的技術(shù)方案主要步驟如下：

一種功率器件損耗測(cè)試方法，本測(cè)試方法所涉及的測(cè)試裝置包括待測(cè)功率器件、立方體金屬塊、第一溫度探頭、第二溫度探頭、隔熱材料和導(dǎo)熱膠墊；所述導(dǎo)熱膠墊粘接在立方體金屬塊的上端面上，所述立方體金屬塊除上端面以外的五個(gè)面上都包裹有隔熱材料；所述第一溫度探頭裝在立方體金屬塊上端面與導(dǎo)熱膠墊之間，所述第二溫度探頭在立方體金屬塊下端面與其包裹在外的隔熱材料之間，所述待測(cè)功率器件置于導(dǎo)熱膠墊的上端面上；

本測(cè)試方法的主要步驟如下：

步驟1，將直流源輸出電流設(shè)置值按照待測(cè)功率器件的額定電流值ia均分為f份，得到直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組如下：

b＝{im|im＝m×δi,m＝1,2…f}，imin≤im≤imax

其中δi為將待測(cè)功率器件額定電流值ia均分得到的直流源輸出電流設(shè)置值的差值，f為將待測(cè)功率器件額定電流值ia按照差值δi均分得到的直流源輸出電流設(shè)置值個(gè)數(shù)，將直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組b中的f個(gè)直流源輸出電流設(shè)置值記為im，m為直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組b中直流源輸出電流設(shè)置值按從小到大排序所對(duì)應(yīng)的直流源輸出電流設(shè)置值序列號(hào)，m＝1,2…f，f為正整數(shù)；imax為損耗測(cè)試所允許的最大直流源輸出電流設(shè)置值，imin為損耗測(cè)試所允許的最小直流源輸出電流設(shè)置值，imin＞0；

步驟2，根據(jù)步驟1的設(shè)定，將所述直流源輸出電流設(shè)置值im加在所述待測(cè)功率器件兩端，使直流源與待測(cè)功率器件構(gòu)成回路，保持所述待測(cè)功率器件處于導(dǎo)通狀態(tài)，并進(jìn)行如下測(cè)試：

1)實(shí)時(shí)測(cè)試所述待測(cè)功率器件兩端的電壓um，m＝1,2…f，將所測(cè)得的電壓um與所述直流源輸出電流設(shè)置值im相乘得到該瞬間的功率損耗值pm，m＝1,2…f；

2)從所述回路有電流通過(guò)時(shí)起，實(shí)時(shí)讀取第一溫度探頭測(cè)試得到的第n1秒第一溫度tamn1、第n2秒第一溫度tamn2以及第二溫度探頭測(cè)試得到的第n1秒第二溫度tbmn1和第n2秒第二溫度tbmn2，并計(jì)算溫度差tm，tm＝(tbmn2-tamn2)-(tbmn1-tamn1)，m＝1,2…f；

步驟3，根據(jù)將步驟2得到的損耗值pm和溫度差tm擬合出橫坐標(biāo)為tm、縱坐標(biāo)為pm的pm-tm變化曲線；

步驟4，將所述待測(cè)功率器件處于實(shí)際工作電路中，從所述回路有電流通過(guò)時(shí)起，實(shí)時(shí)讀取第一溫度探頭測(cè)試得到的第n1秒實(shí)際第一溫度tasn1、第n2秒實(shí)際第一溫度tasn2以及第二溫度探頭測(cè)試得到的第n1秒實(shí)際第二溫度tbsn1、第n2秒實(shí)際第二溫度tbsn2，并計(jì)算實(shí)際溫度差ts，ts＝(tbsn2-tasn2)-(tbsn1-tasn1)；

步驟5，在步驟3中得到的pm-tm變化曲線中，根據(jù)步驟4得到的實(shí)測(cè)溫度差ts的數(shù)值找到對(duì)應(yīng)的pm值，定義該pm值為待測(cè)功率器件的實(shí)際損耗值ps。

優(yōu)選的，步驟1中的直流源輸出電流差值δi為待測(cè)功率器件額定電流值ia的5％，損耗測(cè)試所允許的最大直流源輸出電流設(shè)置值imax為待測(cè)功率器件額定電流值ia的95％，即待測(cè)功率器件額定電流值ia減去直流源輸出電流差值δi，損耗測(cè)試所允許的最小直流源輸出電流設(shè)置值imin為待測(cè)功率器件額定電流值ia的5％，即直流源輸出電流差值δi。

優(yōu)選地，所述n1為30，所述n2為90。

本發(fā)明公開(kāi)了一種功率器件損耗測(cè)試方法。該方法通過(guò)在實(shí)際工作環(huán)境中測(cè)試待測(cè)器件對(duì)應(yīng)的立方體金屬塊溫差，可以得到準(zhǔn)確的功率器件損耗。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)勢(shì)：

1)本發(fā)明所提出的損耗測(cè)試是在實(shí)際工況下獲得的，能夠滿足和適應(yīng)任何工況下的測(cè)試需求。

2)本發(fā)明是通過(guò)溫度測(cè)試間接得到準(zhǔn)確的損耗值，不存在由于電氣測(cè)量設(shè)備(如示波器)精度和延遲造成的測(cè)量誤差。

3)本發(fā)明的溫度測(cè)試通過(guò)采用溫差數(shù)據(jù)，避免了環(huán)境溫度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

4)本發(fā)明的溫度測(cè)試范圍為30秒到90秒，避免了起始溫度不穩(wěn)定的影響，同時(shí)保證測(cè)試時(shí)間足夠短，使得其余散熱回路對(duì)溫度測(cè)試結(jié)果的影響可忽略。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

1：待測(cè)功率器件；

2：立方體金屬塊；

3：第一溫度探頭；

4：第二溫度探頭；

5：隔熱材料；

6：導(dǎo)熱膠墊。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步清楚、完整地描述。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的裝置結(jié)構(gòu)圖，由該圖可見(jiàn)，本測(cè)試方法所涉及的測(cè)試裝置包括待測(cè)功率器件1、立方體金屬塊2、第一溫度探頭3、第二溫度探頭4、隔熱材料5和導(dǎo)熱膠墊6；所述導(dǎo)熱膠墊6粘接在立方體金屬塊2的上端面上，所述立方體金屬塊2除上端面以外的五個(gè)面上都包裹有隔熱材料5；所述第一溫度探頭3裝在立方體金屬塊2上端面與導(dǎo)熱膠墊6之間，所述第二溫度探頭4在立方體金屬塊2下端面與將立方體金屬塊2包裹在其中的隔熱材料5之間，所述待測(cè)功率器件1置于導(dǎo)熱膠墊6的上端面上。

本發(fā)明實(shí)施過(guò)程包括損耗校正測(cè)試和實(shí)際電路測(cè)試，具體為5個(gè)步驟，其中步驟1-3為損耗校正測(cè)試，4-5為實(shí)際測(cè)試部分。

步驟1，將直流源輸出電流設(shè)置值按照待測(cè)功率器件1的額定電流值ia均分為f份，得到直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組如下：

b＝{im|im＝m×δi,m＝1,2…f}，imin≤im≤imax

其中δi為將待測(cè)功率器件額定電流值ia均分得到的直流源輸出電流設(shè)置值的差值，f為將待測(cè)功率器件額定電流值ia按照差值δi均分得到的直流源輸出電流設(shè)置值個(gè)數(shù)，將直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組b中的f個(gè)直流源輸出電流設(shè)置值記為im，m為直流源輸出電流設(shè)置值數(shù)組b中直流源輸出電流設(shè)置值按從小到大排序所對(duì)應(yīng)的直流源輸出電流設(shè)置值序列號(hào)，m＝1,2…f，f為正整數(shù)；imax為損耗測(cè)試所允許的最大直流源輸出電流設(shè)置值，imin為損耗測(cè)試所允許的最小直流源輸出電流設(shè)置值，imin＞0。

在本實(shí)施例中，直流源輸出電流差值δi為待測(cè)功率器件額定電流值ia的5％，損耗測(cè)試所允許的最大直流源輸出電流設(shè)置值imax為待測(cè)功率器件額定電流值ia的95％，損耗測(cè)試所允許的最小直流源輸出電流設(shè)置值imin為直流源輸出電流差值δi，即首次測(cè)試時(shí)取待測(cè)功率器件額定電流值ia的5％為直流源輸出電流設(shè)置值，f＝19次。

步驟2，根據(jù)步驟1的設(shè)定，將所述直流源輸出電流設(shè)置值im加在所述待測(cè)功率器件1兩端，使直流源與待測(cè)功率器件1構(gòu)成回路，保持所述待測(cè)功率器件1處于導(dǎo)通狀態(tài)，并進(jìn)行如下測(cè)試：

1)實(shí)時(shí)測(cè)試所述待測(cè)功率器件1兩端的電壓um，m＝1,2…19，將所測(cè)得的電壓um與所述直流源輸出電流設(shè)置值im相乘得到該瞬間的功率損耗值pm，m＝1,2…19；

2)從所述回路有電流通過(guò)時(shí)起，實(shí)時(shí)讀取第一溫度探頭3測(cè)試得到的第n1秒第一溫度tamn1、第n2秒第一溫度tamn2以及第二溫度探頭4測(cè)試得到的第n1秒第二溫度tbmn1和第n2秒第二溫度tbmn2，并計(jì)算溫度差tm，tm＝(tbmn2-tamn2)-(tbmn1-tamn1)，m＝1,2…19。在本實(shí)施例中，n1＝30，n2＝90，即取第30秒和第90秒作為測(cè)試時(shí)間。

步驟3，根據(jù)將步驟2得到的損耗值pm和溫度差tm擬合出橫坐標(biāo)為tm、縱坐標(biāo)為pm的pm-tm變化曲線。

步驟4，將所述待測(cè)功率器件1處于實(shí)際工作電路中，從所述回路有電流通過(guò)時(shí)起，實(shí)時(shí)讀取第一溫度探頭3測(cè)試得到的第n1秒實(shí)際第一溫度tasn1、第n2秒實(shí)際第一溫度tasn2以及第二溫度探頭4測(cè)試得到的第n1秒實(shí)際第二溫度tbsn1、第n2秒實(shí)際第二溫度tbsn2，并計(jì)算實(shí)際溫度差ts，ts＝(tbsn2-tasn2)-(tbsn1-tasn1)。與上相同，在本實(shí)施例中，n1＝30，n2＝90，即取第30秒和第90秒作為測(cè)試時(shí)間。

步驟5，在步驟3中得到的pm-tm變化曲線中，根據(jù)步驟4得到的實(shí)測(cè)溫度差ts的數(shù)值找到對(duì)應(yīng)的pm值，定義該pm值為待測(cè)功率器件1的實(shí)際損耗值ps，測(cè)試結(jié)束。

在本實(shí)施例中，n1＝30，n2＝90,即取第30秒和第90秒作為測(cè)試時(shí)間。避免了起始溫度不穩(wěn)定的影響，同時(shí)保證測(cè)試時(shí)間足夠短，使得其余散熱回路對(duì)溫度測(cè)試結(jié)果的影響可忽略。