一种MMC子模块检测电路

本发明涉及电子元器件，尤其涉及一种mmc子模块检测电路。

背景技术：

1、模块化多电平变换器(mmc)是柔性直流输电系统中的关键设备，并且以其模块化、可扩展性和低谐波失真率，以及低控制难度和高输出电压波形质量等优点，被广泛应用与新能源发电和直流配电网系统。

2、mmc的桥臂采用了子模块级联的方式，每个桥臂由n个子模块和一个串联电抗器组成，同相的上下两个桥臂构成一个相单元；常用的子模块有半桥结构和全桥结构，半桥结构如图1所示，其主要包括1个电容，2个压接式绝缘栅双极型晶体管(igbt,insulated gatebipolar transistor)模块，外围还包括1套散热器，1个机械开关、1套夹具、2个igbt驱动等。mmc子模块体积庞大，重量可达400公斤以上，内部各部分耦合紧密。影响mmc子模块可靠性的因素中，开关管的可靠性起着决定性的作用，因此研究模块可靠性主要就是分析开关管的可靠性问题。

3、现阶段mmc子模块可靠性评估方法分为三种：在线检测、原位检测和离线检测。其中在线监测是在mmc模块运行过程中对子模块进行的同步性检测，该方法的实际可行性较低；原位检测是在mmc模块断开工作后，不改变原有电路结构下进行的检测，该方法可测参数有限，难以衡量mmc子模块的可靠性；离线检测是将mmc模块从工作电路中完全断开，不受原有电路影响的方法，该方法可测参数相对较多，但需从电路系统中拆卸，只能作为定期检测的手段。综合考虑实际工程情况，最常用的方法为离线检测。

4、现有的离线检测都是将mmc子模块整体拆解，对子模块中的igbt模块独立进行双脉冲测试，得到足够衡量器件老化的参数后再重新组装。双脉冲电路的工作原理是将上管igbt关断，下管驱动为一个双脉冲信号，通过第一个脉冲的下降沿得到下管的关断特性，第二个上升沿得到下管的开通特性。该方法虽然可以得到较多的参数数据，但需要将mmc子模块整体拆解，在拆解和重组的过程中会大大降低模块的可靠性。而且在mmc长期运行后，想要测量老化后的开关管的动态特性的方法常用的是双脉冲测试，采用传统的双脉冲测试电路需要对mmc子模块进行拆解，该过程会降低模块的可靠性，且整个检测过程操作困难，时间成本和人力成本都很大，难以实际运用在日常检修中。

5、申请号为202211418547.4的中国专利公开了“一种mmc子模块动态特性检测电路和方法”，其包括一个直流电源、一个igbt半桥模块和一个电感，所述igbt半桥模块包括第一igbt器件和第二igbt器件，所述电感的一端接于所述第一igbt器件集电极的引出端，所述电感另一端接于mmc子模块的第三igbt器件发射极的引出端；所述第二igbt器件集电极接于mmc子模块的第四igbt器件发射极的引出端。所述mmc子模块包括所述第三igbt器件、第四igbt器件和电容，所述第三igbt器件和第四igbt器件串联后得到的半桥电路与所述电容并联连接。但是，该技术方案的缺点为需要额外为陪测电路中的t1和t2提供驱动电路使得实际测评电路更加复杂，而且该技术方案只能检测mmc子模块的上管q1，在放电时没有为电容和电感等储能元件提供放电回路，使得测评结束后难以保证测试安全。

6、需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息只用于加强对本公开的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种mmc子模块检测电路，解决了现有检测电路存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种mmc子模块检测电路，它包括mmc子模块回路，还包括辅助检测电路、驱动电路和控制电路，驱动电路与mmc子模块回路连接，控制电路与辅助检测电路连接；所述辅助检测电路包括继电器、电阻、电感和直流电压源vdc；在mmc子模块回路上设置有p1、p2和p3三个电气功率端口，p1端口连接开关管s1的集电极，p3端口连接开关管s2的发射极，p2端口连接开关管s1的发射极和开关管s2的集电极，电容的两端分别与开关管s1的集电极和开关管s2的发射极连接；

3、所述电阻与电感串联，电感的另一端与p2端口连接，电阻的另一端分别与p1端口和继电器的公共触点连接，所述继电器的触点0与直流电压源vdc的负极连接和p3端口，触点1与直流电压源vdc的正极连接；通过控制电路控制调节继电器的连接状态实现对电容的充放电，使得被测器件处于不同测试阶段。

4、所述不同测试阶段依次包括自加热阶段、多脉冲测试阶段和放电阶段；自加热阶段为被测器件自升温阶段，通过反复对电容进行充电和放电，多脉冲测试阶段为被测器件的驱动为多脉冲信号驱动。

5、所述自加热阶段中当电容充电时，继电器公共触点与触点1连接，此时开关管s2导通，开关管s1断开，直流电压源vdc对电容进行充电，并使得被测器件开关管s2升温；

6、当电容放电时，继电器公共触点与触点0连接，此时开关管s2导通，开关管s1断开，电容自身进行放电，并使得被测器件开关管s2升温。

7、所述多脉冲测试阶段，继电器公共触点与触点0连接，此时开关管s2导通，开关管s1断开，开关管s2的驱动信号为一个或者多个多脉冲信号；

8、所述放电阶段，继电器公共触点与触点0连接，此时开关管s2导通，开关管s1断开，电容和电感进行放电。

9、一种mmc子模块检测电路，它包括mmc子模块回路，还包括第一辅助检测电路、第二辅助检测电路、驱动电路和控制电路，驱动电路与mmc子模块回路连接，控制电路与第一辅助检测电路和第二辅助检测电路连接；在mmc子模块回路上设置有p1、p2和p3三个电气功率端口，p1端口连接开关管s1的集电极，p3端口连接开关管s2的发射极，p2端口连接开关管s1的发射极和开关管s2的集电极，电容的两端分别与开关管s1的集电极和开关管s2的发射极连接；

10、所述第一辅助检测电路与p1、p2和p3三个电气功率端口连接，第二辅助检测电路与p1和p3两个电气功率端口；通过控制电路控制调节第一辅助检测电路和第二辅助检测电路与mmc子模块回路的连接状态，实现开关管s1和s2的不同测试阶段快速检测和两个开关管的切换。

11、所述第一辅助检测电路包括开关管s3和s4构成的半桥结构，半桥结构的两端并联有第一直流电压源vdc，半桥结构的中心点与继电器k1的触点1连接，继电器k1的触点0与p1端口连接，继电器k1的公共触点依次串联一个电阻和一个电感后与p2端口连接，p3端口与开关管s4的发射极和第一直流电压源vdc的负极连接。

12、所述第二辅助检测电路包括继电器k2和断路器k3，断路器k3一端与p1端口连接，另一端与继电器k2的公共触点连接，继电器k2的触点1与第二直流电压源vdc的正极连接，继电器k2的触点0与一电阻连接；p3端口与电阻和第二直流电压源vdc的负极连接。

13、测试开关管s1时，继电器k1的公共触点与触点1连接，第二辅助检测电路与mmc子模块回路为断开状态；

14、在自加热阶段通过反复对电容充电和放电实现，其中电容充电时开关管s3导通，开关管s1、开关管s2和开关管s4关断；在电容放电前先对电感放电，电感放电时开关管s2导通，开关管s1、开关管s3和开关管s4关断；电容放电时开关管s1导通，开关管s2、开关管s3和开关管s4关断；

15、在多脉冲测试阶段开关管s1导通，开关管s2、开关管s3和开关管s4关断，关管s1的驱动信号为一个或多个多脉冲信号；

16、在放电阶段开关管s1导通，开关管s2、开关管s3和开关管s4关断。

17、测试开关管s2时，第一辅助检测电路与mmc子模块回路为端口状态，断路器k3为闭合状态；

18、在自加热阶段通过反复对电容充电和放电实现，其中电容充电时继电器k2的公共触点与触点1连接，当电容放电时继电器k2的公共触点与触点0连接；

19、多脉冲测试阶段继电器k2的公共触点与触点0连接，开关管s2的驱动信号为一个或多个多脉冲信号；

20、放电阶段继电器k2的公共触点与触点0连接。

21、本发明具有以下优点：一种mmc子模块检测电路，通过对继电器的控制可以实现mmc子模块中上下两个开关管的快速检测，以及切换检测，整体电路控制简单且安全性高。