专利名称：Igbt短路保护功能检测实验装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于功率开关器件驱动保护检测技术领域，具体涉及一种IGBT短路保护功能检测实验装置。
背景技术：
太阳能发电、机车牵引、电动汽车等技术直接影响着国民经济的发展，绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor, IGBT)作为电源转换系统中的核心组件，在上述技术中起到至关重要的作用。IGBT具有高耐压、高可靠性、高开关频率、低驱动功率、低饱和压降等优点，但实际工程下电路系统可能会发生极端的异常情况，这会对IGBT带来致命的影响。因此IGBT的使用需要搭载相关的驱动保护电路，以提高其工作的稳定性。在实际电路系统中，IGBT面临着多种失效因素过压、过热、过流短路等，其中70% 的IGBT模块的失效是由于短路保护不及时造成的，因此在IGBT投入使用前，需要对它的短路保护功能检测，以降低工程使用中的失效概率。同时，IGBT工作的环境温度也会对其性能造成重要影响，因此需要检测IGBT驱动在各种环境温度下的保护性能。目前市场上对IGBT短路保护功能的检测大多依靠简易的电路，各自的检测方式也不尽相同，没有相应的统一的检测装置，同时也不能提供与实际工程相符合的环境。
发明内容本实用新型的目的是针对现有检测设备的不足，提供一种工作性能稳定、测试重复性高、现场模拟度强、检测数据误差小的易于控制的IGBT短路保护功能检测实验装置。本实用新型提出的IGBT短路保护功能检测实验装置，由电源模块I、温控系统2和IGBT工作台3组成，其中所述电源模块I由充放电模块9及短路模式选择模块10连接组成，温控系统2由220V交流电20、接触器11、传感器6、散热器7和温控仪4组成，220V交流电20的输出端分别连接接触器11、温控仪4和散热器7，接触器11输出端与IGBT工作台上的电热板5连接，传感器6的输入端紧贴IGBT模块8，传感器6的输出端连接温控仪4，温控仪4的输出端分别连接接触器11和散热器7 ;所述的IGBT工作台3自上而下由IGBT接触面板12、导热板13、电热板5和支撑架14通过螺钉17及插销18连接组成，支撑架14下部设有通风区19。本实用新型中，所述的充放电模块9由外接市电或直流电压源供电。充放电器件为电容，其拓扑结构可为多个电容并联或串联或Marx结构。本实用新型中，所述的短路模式选择模块10由可调电阻串联可调电感，再与功率开关元件并联。本实用新型中，所述的电源模块I中各开关元件可为机械开关元件或手动开关元件。本实用新型中，所述电热板5为平板结构，内部发热元件通过云母向电热板5的铝制表层均勻导热，表层结构光滑。本实用新型中，所述支撑架14为钢制结构。导热板13为钢制立方体结构。IGBT接触面板12为铝制平板结构，表面光滑均匀。本实用新型所述的技术方案具有以下优点(I)本实用新型可为IGBT短路保护功能检测提供一个统一的实验装置。(2)本实用新型可模块化实现各系统，安全性增强，抗干扰能力增强。(3)本实用新型可为IGBT短路保护功能检测提供不同组合的母线电压和负载。(4)本实用新型可实现两种IGBT短路模式的检测。(5)本实用新型的温控系统使得IGBT的检测环境与实际工程应用中的实际环境 具有更高的相似度，检测结果更具参考性。(6)本实用新型的温控系统温控范围大，误差小，速度快，模块结构简单，容易推广至相关对温度有要求的实验装置。(7)本实用新型的工作台各部分具有可替换性，方便各种不同IGBT (或功率开关元件)及其驱动模块的测试，使得检测成本降低。
图I是本实用新型的系统结构框图。图2是本实用新型一个实施例的电源模块结构图。图3是本实用新型的温控系统结构图。图4是本实用新型的IGBT工作台剖面结构图。图中标号1、电源模块，2、温控系统，3、IGBT工作台，4、温控仪，5、电热板，6、传感器，7、散热器，8、IGBT模块，9、充放电模块，10、短路模式选择模块，11、接触器，12、IGBT接触面板，13、导热板，14、支撑架，15、IGBT模块固定孔，16、驱动模块固定孔，17、螺钉，18、插销，19、通风区，20、220V交流电。
具体实施方式
下面结合图例和具体实施方式
对本实用新型做进一步说明。实施例I :图1，图2，图3所示系统的工作都是建立在图4所示的IGBT工作台基础上的。如图I所示，本实用新型由三个部分构成电源模块I、温控系统2以及IGBT工作台3。这三个系统为IGBT的短路测试提供稳定的、拟真的、可调的测试条件。图2是IGBT电源模块I图，本实施例采用Marx拓扑结构，电容作为储能和释能元件。当充放电模块9处于充电状态时，开关SI、S2、S3导通，同时开关Sa、Sb、Sc、ScU Sal、Sbl、Scl关断，此时图示中四个电容并联，输入电流流经RL模块及二极管后对该并联电容充电。充电结束后，根据IGBT测试所需电压控制各个开关的开关状态，如IGBT需要3倍源电压，则关断开关S2、S3、Sal，同时打开开关Sa、Sb、Sc、Sbl、Scl以及SI，使得电容C2、C3、C4串联，其串联电压作为IGBT测试时的母线电压。此时母线电压可达3倍市电最大电压。同样的方法可以得到不同的输出电压。开关Sm和IGBT的驱动信号时序决定IGBT的短路模式。开关Sm常闭，再另IGBT导通，则实现短路模式I，IGBT直接短路于电压源。开关Sm在IGBT导通之后再闭合，则实现短路模式II。图3所示温控系统检测并控制工作台温度。所述温控系统2包含散热器7、电热板5、传感器6及温控仪4。所述温控系统2通过电热板5加热后，热量通过导热板13、再经IGBT接触面板12对IGBT进行加热。如图4所示，IGBT工作台具有四层结构，分别为IGBT接触面板12、导热板13、电热板5以及支撑架14。IGBT接触面板12、导热板13、电热板5和支撑架14四层结构通过螺钉及插销连接，各组分可更换，以适应不同IGBT及驱动模块的安装。散热器7经过支撑架14底部通风区19出风散热，不影响IGBT表面温场。通过温控仪4设置两个温度变量T1、T2，且T1〈T2。当传感器检测平台温度小于Τ2时，温控仪开通接触器，使电热板工作。一旦大于温度Τ2，控制器触发接触器断开，电热板停止加热。同时开通散热器7，使其处于风冷状态，直到温度恢复至Τ2，散热器停止工作，工作台转变到自然冷却模式。当温度进一步下降到Tl时，温控仪触发接触器导通，电热板再次工作，形成闭环循环。一个实施例中设定温度Tl为98°C，T2为100°C，其工作台表面温度最终能够稳定在98°C到lore之间。工作台为IGBT提供一个与实际工程相似的安装环境和温度环境。热能通过电热板，经导热板后对IGBT接触面板加热，以控制IGBT基底温度。上述实施例仅是本实用新型的一个优选方案，并非用以限定本实用新型的实质技 术内容范围，本实用新型的实质技术内容是广义地定义于申请的权利要求范围中，任何他人完成的技术实体或方法，若是与申请的权利要求范围所定义的完全相同，也或是一种等效的变更，均将被视为涵盖于该权利要求范围之中。
权利要求1.一种IGBT短路保护功能检测实验装置，其特征在于由电源模块(I)、温控系统(2)和IGBT工作台(3)组成，其中 所述电源模块(I)由充放电模块(9)及短路模式选择模块(10)连接组成，温控系统(2)由220V交流电(20)、接触器(11)、传感器(6)、散热器(7)和温控仪(4)组成，220V交流电(20)的输出端分别连接接触器(11)、温控仪⑷和散热器(7)，接触器(11)输出端与IGBT工作台上的电热板(5)连接，传感器(6)的输入端紧贴IGBT模块(8)，传感器(6)的输出端连接温控仪(4)，温控仪(4)的输出端分别连接接触器(11)和散热器(7);所述的IGBT工作台(3)自上而下由IGBT接触面板(12)、导热板(13)、电热板(5)和支撑架(14)通过螺钉(17)及插销(18)连接组成，支撑架(14)下部设有通风区(19)。
2.根据权利要求I所述的一种IGBT短路保护功能检测实验装置，其特征在于所述的充 放电模块(9)由外接市电或直流电压源供电，充放电器件为电容，其拓扑结构为多个电容 并联或串联或Marx结构。
3.根据权利要求I所述的一种IGBT短路保护功能检测实验装置，其特征在于所述的短路模式选择模块(10)由可调电阻串联可调电感，再与功率开关元件并联。
4.根据权利要求I所述的一种IGBT短路保护功能检测实验装置，其特征在于所述电热板(5)为平板结构。
5.根据权利要求I所述的一种IGBT短路保护功能检测实验装置，其特征在于所述支撑架(14)为钢制结构，导热板(13)为钢制立方体结构，IGBT接触面板(12)为铝制平板结构。
专利摘要本实用新型涉及一种IGBT短路保护检测实验装置，所述电源模块由充放电模块及短路模式选择模块连接组成，温控系统由220V交流电、接触器、传感器、散热器和温控仪组成，220V交流电的输出端分别连接接触器、温控仪和散热器，接触器输出端与IGBT工作台上的电热板连接，传感器的输入端紧贴IGBT模块，传感器的输出端连接温控仪，温控仪的输出端分别连接接触器和散热器；所述的IGBT工作台自上而下由IGBT接触面板、导热板、电热板和支撑架通过螺钉及插销连接组成，支撑架下部设有通风区。本实用新型通过短路模式选择模块，为IGBT提供两种短路模式的保护功能检测。可为IGBT短路保护检测提供不同组合的母线电压和负载模块。本实用新型适用于实验室及各工程应用场合。
文档编号G01R31/00GK202583362SQ201220221510
公开日2012年12月5日 申请日期2012年5月17日 优先权日2012年5月17日
发明者孙耀杰, 林燕丹, 吴煜, 童立青, 马磊, 邱婧婧 申请人:复旦大学