npc1型三电平拓扑的测试方法、系统及存储介质
技术领域
1.本发明属于电力电子电路测试领域，特别涉及一种npc1型三电平拓扑的测试方法、系统及存储介质。
背景技术：2.随着电力电子技术的不断发展，碳化硅功率器件由于材料本身特性所带来的优势，逐渐得到广泛应用。采用碳化硅功率器件构建中点钳位(neutral point clamped，npc)型三电平变流器在中高压大功率场合具有广泛的应用前景。在碳化硅npc型三电平变流器的设计过程中，需要对器件开关特性、驱动电路特性等进行测试。双脉冲实验可以很好的实现上述目标，是两电平变流器设计中必做的试验项目。但传统的两电平变流器双脉冲测试方法无法直接用于三电平变流器，很多学者对三电平变流器的测试方法进行了研究。目前，针对三电平半桥电路主要有两种测试方法，一种方法是类比两电平半桥电路中的双脉冲测试方法，每次测试对待测器件施加双脉冲，另外三个器件的开关状态保持不变，该方法不仅测试次数较多，且需要改变电路结构；另一种方法是通过系统级的试验，使三电平变流器在各种开关状态之间切换，保证每个开关状态都持续一定时间，该方法针对性不强，无法获得开关器件在任意电压电流条件下的开关特性。因此寻求适用于碳化硅npc型三电平变流器的双脉冲测试方法具有一定实际意义。
技术实现要素：3.发明目的：本发明的目的是提出一种npc1型三电平拓扑的测试方法，测试过程不需要改变电路结构，仅需按照方法动作顺序设计控制脉冲对四个开关管进行控制，即可实现各种换流回路和器件的开关特性测试，测试效率高，缩短研发周期。
4.本发明的另一目的是提出一种用于实施上述测试方法的测试系统，以及存储有可以控制待测npc1型三电平拓扑的开关管按照上述测试方法动作的测试脉冲序列的存储介质。
5.技术方案：本发明所述的npc1型三电平拓扑的测试方法，依序执行如下步骤：
6.s1：控制第一开关管和第二开关管导通，第三开关管和第四开关管关断，待建立正向负载电流后，再控制第一开关管先关断再开通，获得第一开关管和第一钳位二极管的开关特性；
7.s2：控制第二开关管和第三开关管开通，第一开关管和第四开关管关断，使正向负载电流通过第二开关管和第一钳位二极管续流，再控制第二开关管先关断后开通，获得第二开关管和第四续流二极管的开关特性；
8.s3：控制第三开关管和第四开关管开通，第一开关管和第二开关管关断，待建立负向负载电流后，再控制第四开关管先关断后开通，获得第四开关管和第二钳位二极管的开关特性；
9.s4：控制第二开关管和第三开关管开通，第一开关管和第四开关管关断，使负向负
载电流通过第三开关管和第二钳位二极管续流，再控制第三开关管先关断后开通，获得第三开关管和第一续流二极管的开关特性。
10.进一步的，所述步骤s1中，在建立正向负载电流前，第二开关管先于第一开关管导通。
11.进一步的，所述步骤s4中，在减小负向负载电流后，第一开关管先于第二开关管关断。
12.进一步的，所述步骤s1至s4中，第一至第四开关管每次动作的间隔时间大于死区时间。
13.本发明所述的npc1型三电平拓扑的测试系统，包括电源、负载电感及脉冲序列产生装置，所述电源与待测npc1型三电平拓扑的输入端电性连接，所述负载电感的一端与待测npc1型三电平拓扑的输出端电性连接，所述负载电感的另一端与第一钳位二极管和第二钳位二极管的连接节点电性连接，所述脉冲序列产生装置的四个输出端分别与第一至第四开关管的控制端电性连接，用于产生控制脉冲，所述控制脉冲控制第一开关管至第四开关管按照上述npc1型三电平拓扑的测试方法的开关顺序动作。
14.本发明所述的存储介质，存储有测试脉冲序列，所述测试脉冲序列用于测试脉冲序列产生装置动作，控制待测npc1型三电平拓扑的第一开关管至第四开关管按照上述npc1型三电平拓扑的测试方法的开关顺序动作。
15.有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优点：将传统两电平半桥双脉冲测试过程融合到npc1型三电平拓扑的换流过程中，实现在不改变电路结构的情况下对npc1型三电平拓扑结构的情况下对三电平变流器进行各种换流回路和器件开关特性的测试，测试过程连续，测试效率高，可以缩短研发周期。
附图说明
16.图1为npc1型三电平拓扑的电路原理图；
17.图2为本发明实施例的测试脉冲序列的时序图；
18.图3为采用本发明实施例的测试方法获得的负载电流和器件驱动电压波形图；
19.图4为本发明测试方法获得的第一开关管和第一钳位二极管的电压波形图；
20.图5为本发明测试方法获得的第二开关管和第四续流二极管的电压波形图；
21.图6为本发明测试方法获得的第四开关管和第二钳位二极管的电压波形图；
22.图7为本发明测试方法获得的第三开关管和第一续流二极管的电压波形图。
具体实施方式
23.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
24.根据本发明实施例的npc1型三电平拓扑的测试方法，包括顺序执行的如下步骤：
25.s1：控制第一开关管和第二卡关管导通，第三开关管和第四开关管关断，待建立正向负载电流后，再控制第一开关管先关断再开通，获得第一开关管和第一钳位二极管的开关特性；
26.s2：控制第二开关管和第三开关管开通，第一开关管和第四开关管关断，使正向负载电流通过第二开关管和第一钳位二极管续流，再控制第二开关管先关断后开通，获得第
二开关管和第四续流二极管的开关特性；
27.s3：控制第三开关管和第四开关管开通，第一开关管和第二开关管关断，待建立负向负载电流后，再控制第四开关管先关断后开通，获得第四开关管和第二钳位二极管的开关特性；
28.s4：控制第二开关管和第三开关管开通，第一开关管和第四开关管关断，使负向负载电流通过第三开关管和第二钳位二极管续流，再控制第三开关管先关断后开通，获得第三开关管和第一续流二极管的开关特性。
29.根据上述技术方案的测试方法，实际中，为了保证内管先于外管导通，首先使第二开关管v2开通，再使第一开关管v1开通。第一开关管v1和第二开关管v2开通一段时间t1后，正向负载电流i
l
建立，达到测试条件。再控制第一开关管v1关断，负载电流i
l
从第一开关管v1换流至第一钳位二极管d1，电压u
c1
由第一钳位二极管d1承压换至第一开关管v1承压，此时刻可以测出第一开关管v1的关断特性和第一钳位二极管d1的开通特性。
30.经过死区时间td后，控制第一开关管v1开通，经过最小开通时间t2后，负载电流i
l
从第一钳位二极管d1换流至第一开关管v1，电压u
c1
由第一开关管v1换至第一钳位二极管d1承压，此时刻可以测出第一开关管v1的开通特性与第一钳位二极管d1的关断特性。
31.随后关断第一开关管v1，开通第三开关管v3，此时可认为负载电流i
l
近似满足测试条件，控制第二开关管v2关断，负载电流i
l
从第二开关管v2和第一钳位二极管d1换流至第三开关管v3和第四续流二极管vd4，电压u
c2
由第四续流二极管vd4承压换至第二开关管v2承压，此时刻可测出第二开关管v2的关断特性与第四续流二极管vd4的开通特性。
32.经死区时间td后，控制第二开关管v2开通，负载电流i
l
从第三开关管v3和第四续流二极管vd4换流至第二开关管v2和第一钳位二极管d1，电压u
c2
由第二开关管v2承压换至第四续流二极管vd4承压，此时刻可测出第二开关管v2的开通特性与第四续流二极管vd4的关断特性。
33.随后关断第二开关管v2，开通第四开关管v4，减小正向负载电流并建立负向负载电流i
l
，达到测试条件后控制第四开关管v4关断，负载电流i
l
从第四开关管v4换流至第二钳位二极管d2，电压u
c2
由第二钳位二极管d2承压换至第四开关管v4承压，此时刻可测出第四开关管v4的关断特性与第二钳位二极管d2的开通特性。
34.经死区时间td后，第四开关管v4开通，负载电流i
l
从第二钳位二极管d2换流至第四开关二极管v4，电压u
c2
由第四开关管v4承压换至第二钳位二极管d2承压，此时刻可测出第四开关管v4的开通特性与第二钳位二极管d2的关断特性。
35.随后关断第四开关管v4，开通第二开关管v2，此时可认为负载电流近似与测试条件相等，控制第三开关管v3关断，负载电流i
l
从第三开关管v3和第二钳位二极管d2换流至第一续流二极管vd1和第二续流二极管vd2，电压u
c1
由第一续流二极管vd1承压换至第三开关管v3承压，此时刻可测出第三开关管v3的关断特性与第一续流二极管vd1的开通特性。
36.经过死区时间td后，控制第三开关管v3开通，负载电流i
l
从第一续流二极管vd1和第二续流二极管vd2换流至第三开关管v3和第二钳位二极管d2，电压u
c1
由第三开关管v3承压换至第一续流二极管vd1承压，此时刻可测出第三开关管v3的开通特性与第一续流二极管vd1的关断特性。
37.最后关断第三开关管v3，开通第一开关管v1，将负载电流减小至零，测试结束。为保
证外管先于内管关断，先关断第一开关管v1，再关断第二开关管v2。
38.由于第二续流二极管vd2和第三续流二极管vd3在正常运行中的换流过程均为零电压换流，所以不需要对其开关特性进行测试。
39.通过采用上述技术方案对npc1型三电平拓扑进行测试，在三电平拓扑换流过程中插入测试脉冲，控制对应的开关管关断再开通，实现对拓扑结构中的开关管、续流二极管及钳位二极管的开关特性，测试过程中不用重复建立电流，从而避免了在测试过程中对电路结构的改进，测试过程连续，测试效率高，极大地缩短了研发周期。采用上述测试方法对npc1型三电平拓扑进行测试，仅需设计如图2所示的测试脉冲序列，在测试时向对应的开关管施加上上述控制脉冲，即可完成对拓扑结构的开关特性进行测试，对于不同的拓扑结构，仅需根据采用的开关管手册中的死区时间和最小开通时间，设置测试脉冲序列中死区时间td和最小开通时间t2的值即可。更换不同的直流电源，即可获得不同电压电流条件下器件的动态开关特性。
40.实际中，脉冲宽度t1的计算方法如下：
[0041][0042]
式中，l为负载电感的电感值，ud为直流电源的电压值，i
l
为负载电流的电流值。以本实施例的测试条件ud＝600v，负载电流i
l
＝10a，可测试功率器件在300v，10a条件下的开关特性，脉冲宽度t1＝30μs。
[0043]
本发明实施例的测试方法，获得的负载电流和器件驱动电压的波形图如图3所示，对比图2所示的测试脉冲序列的时序图，即可从图2中获得第一开关管v1和第一钳位二极管d1两端的电压波形图、第二开关管v2和第四续流二极管td4两端的电压波形图、第四开关管v4和第二钳位二极管d2两端的电压波形图及第三开关管v3和第一续流二极管td1两端的电压波形图，依次如图4至图7所示。
[0044]
如图1所示，根据本发明实施例的npc1型三电平拓扑的测试系统，包括电源、负载电感及脉冲序列产生装置(图中未示出)，直流电源与待测npc1型三电平拓扑的输入端电性连接，负载电感的一端与待测的拓扑结构的输出端电性连接，另一端连接第一钳位二极管和第二钳位二极管的连接节点。脉冲序列产生装置的四个输出端分别与第一至第四开关管的控制端电性连接，用于产生按照如图2所示的测试脉冲序列的控制脉冲，控制四个开关管按照上述测试方法顺序动作。本发明实施例的存储介质，存储有如图2所示的测试脉冲序列。