一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统的制作方法

本发明涉及电力电子器件关键时间检测，特别是涉及一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统。

背景技术：

1、电力电子器件，如igbt等，是电能变换的核心元器件，其工作为通-断两种状态并具有较高的开关频率。电力电子器件是由微电子芯片工艺制造后封装而成，在开关过程和导通期间产生损耗发热，承载高电压和大电流，且在开关过程产生热冲击，造成热机效应，导致电力电子器件疲劳、老化进而失效。

2、由于电力电子器件在失效损坏前，会出现疲劳老化，根据老化情况可以提前对故障进行预警，实现预诊断，进而进行管理，可以提高电力电子器件的可靠性，避免生产事故发生。为此，需要对电力电子器件运行过程中的健康状况进行监测，即通过器件运行的电流电压温度等参数，来有效提取器件的工作是否正常、器件是否发生老化等重要信息。

3、器件在开关过程的关键参数反映了器件工作的特性，器件工作过程中的结温，会对开关特性产生很大的影响，反过来，器件开关特性参数的变化，也反映了器件当前的结温，而结温参数，对保障器件安全工作具有重要的意义。

4、研究表明，电力电子器件的健康状态与器件的开关特性有密切的关系，一旦器件发生老化，无论是功率芯片的老化，还是封装(部件)的老化，都会引起器件在开关工作的特性参数变化。因此，研究器件开关过程的特性参数，对电力电子器件的结温估计和健康状态分析具有重要的意义。

5、以功率器件的关断过程为例，在电力电子器件的关断参数中，器件集电极-发射极之间的电压从导通时的饱和压降迅速上升到器件工作外电路直流母线电压所用的时间段，是一个极其关键的时间段，该时间段可通过检测两个关键时刻来确定，即器件关断过程中器件集电极-发射极之间电压上升起始时刻和电压上升过程结束时刻，所述电压上升过程结束时刻，指器件关断过程中电压首次上升至外电路直流母线电压的时刻，此时刻之后对应器件的电流开始迅速下降，而电压将继续上升。

6、在功率器件的关断过程中，集电极-发射极(ce)两端电压和器件上流过的电流，变化范围大且时间短；在功率器件的导通期间，饱和压降处于mv级，在功率器件的关断过程中，电压上升到几百伏甚至上千伏，电流从工作电流瞬间变到接近零，电流下降时间为几十～几百ns。因此，精确器件关断过程中关键时间检的测，对估计器件的结温和分析其健康状况，具有重要的理论价值和工程价值。

7、从工程应用的角度来讲，一方面，复杂的检测电路会导致很大的误差。另一方面，功率器件上的电压从接近零的导通电压突然上升到母线电压，两者相差数量级很大(几百倍到上千倍)，通过检测器件整个工作周期范围的电压来确定电压上升时间，误差很大。为此，需要研究如何精确检测功率器件在关断过程中的电压上升时间的方法。

技术实现思路

1、鉴于此，本发明提供了一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，包括：电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程起始时刻检测模块、电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程结束时刻检测模块、以及电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升时间检测模块；

4、所述电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程起始时刻检测模块，用于根据待测器件关断过程中的集电极-发射极两端电压上升起始特征，确定待测器件关断过程电压上升过程起始时刻；

5、所述电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程结束时刻检测模块，用于根据待测器件的互补器件关断过程中的集电极-发射极两端电压下降过零反向特征，确定待测器件关断过程电压上升过程结束时刻；

6、所述电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升时间检测模块，用于根据待测器件关断过程电压上升过程起始时刻和待测器件关断过程电压上升过程起始时刻，确定待测器件关断过程电压上升时间。

7、一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，所述电力电子桥臂组件包括上桥臂器件和下桥臂器件，且所述上桥臂器件和所述下桥臂器件相互称为互补器件，所述器件关断时间检测系统包括：并联在所述上桥臂器件的集电极-发射极两端的上桥臂器件电压变化特征检测模块、并联在所述下桥臂器件的集电极-发射极两端的下桥臂器件电压变化特征检测模块、以及与所述上桥臂器件电压变化特征检测模块和所述下桥臂器件电压变化特征检测模块均连接的时间读取模块；

8、所述上桥臂器件电压变化特征检测模块用于输出标志上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升开始的电平信号和标志上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升结束的电平信号；

9、所述下桥臂器件电压变化特征检测模块用于输出标志下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升开始的电平信号和标志下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升结束的电平信号；

10、所述时间读取模块，用于：

11、当工作状态为一个桥臂输出电流大于零的工作状态时，根据输出标志上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升开始的电平信号和标志下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升结束的电平信号，确定上桥臂器件关断过程电压上升时间；

12、当工作状态为一个桥臂输出电流小于或者等于零的工作状态时，根据输出标志下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升开始的电平信号和标志上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升结束的电平信号，确定下桥臂器件关断过程电压上升时间。

13、根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

14、本发明充分利用电力电子装置(变换器)一般以桥臂电路构成的特点，提出了一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，该系统利用与待测器件串联的互补器件反并联二极管电压过零的特征，解决测量器件电压上升结束时刻的难题。本系统既适用于由上下对称桥臂组成的逆变器，也适用于不对称桥式桥臂电路模块构成的dc/dc变换器，具有方法简单、时间检测精度高、检测电路简洁成本低等优势。其中，该电力电子桥臂组件为电力电子桥臂电路或者电力电子桥臂模块。

技术特征：

1.一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，包括：电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程起始时刻检测模块、电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升过程结束时刻检测模块、以及电力电子桥臂组件中待测器件关断过程电压上升时间检测模块；

2.一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述电力电子桥臂组件包括上桥臂器件和下桥臂器件，且所述上桥臂器件和所述下桥臂器件相互称为互补器件，所述器件关断时间检测系统包括：并联在所述上桥臂器件的集电极-发射极两端的上桥臂器件电压变化特征检测模块、并联在所述下桥臂器件的集电极-发射极两端的下桥臂器件电压变化特征检测模块、以及与所述上桥臂器件电压变化特征检测模块和所述下桥臂器件电压变化特征检测模块均连接的时间读取模块；

3.根据权利要求2所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述上桥臂器件电压变化特征检测模块包括：上桥臂器件集电极-发射极两端电压变化特征采样电路单元、上桥臂器件集电极-发射极两端电压突变特征检测单元和第一隔离输出单元；

4.根据权利要求3所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述上桥臂器件集电极-发射极两端电压变化特征采样电路单元确定的采样结果包括上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升起始特征信息和上桥臂器件集电极-发射极两端电压减小到零并变负的特征信息。

5.根据权利要求3所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述上桥臂器件集电极-发射极两端电压突变特征检测单元，包括上桥臂器件集电极-发射极两端电压上升突变特征检测单元和上桥臂器件集电极-发射极两端电压反向过零特征检测单元；

6.根据权利要求2所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述下桥臂器件电压变化特征检测模块包括：下桥臂器件集电极-发射极两端电压变化特征采样电路单元、下桥臂器件集电极-发射极两端电压突变特征检测单元和第二隔离输出单元；

7.根据权利要求6所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述下桥臂器件集电极-发射极两端电压变化特征采样电路单元确定的采样结果包括下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升起始特征信息和下桥臂器件集电极-发射极两端电压减小到零并变负的特征信息。

8.根据权利要求6所述的一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，其特征在于，所述下桥臂器件集电极-发射极两端电压突变特征检测单元，包括下桥臂器件集电极-发射极两端电压上升突变特征检测单元和下桥臂器件集电极-发射极两端电压反向过零特征检测单元；

技术总结
本发明公开了一种面向电力电子桥臂组件中的器件关断时间检测系统，涉及电力电子器件关键时间检测技术领域，该系统主要包括：根据待测器件关断过程中的集电极‑发射极两端电压上升起始特征确定待测器件关断过程电压上升过程起始时刻，根据待测器件的互补器件关断过程中的集电极‑发射极两端电压下降过零反向特征确定待测器件关断过程电压上升过程结束时刻，以及根据待测器件关断过程电压上升过程起始时刻和待测器件关断过程电压上升过程起始时刻确定待测器件关断过程电压上升时间。本发明能够精准检测电力电子桥臂组件中的关断过程电压上升时间。

技术研发人员：请求不公布姓名
受保护的技术使用者：苏州鉴芯信息科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12