一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪

本发明涉及电力电子与电工，主要涉及一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪。

背景技术：

1、功率器件特性测试实验能力是从事电力电子工作的研究人员必须具备的基本能力之一，而传统测试仪器体积巨大，搬运困难麻烦，导致实验场所受限，且售价不菲，难以普及推广。并且传统的测试仪器的设计局限性使其无法进行二次开发、出现控制平台不兼容等问题，导致了电力电子工作人员接触实验或者在进行研究工作时，无法顺利进行。

技术实现思路

1、针对上述背景技术中存在的问题，本发明公开了一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其不仅满足基本的功率器件测试，还可以进行二次开发，进行碳化硅器件的多种性能验证性测试以及驱动电路的研究性实验。

2、多功能便携式碳化硅器件特性测试仪合理配置于轻质箱体内，便于相关工作人员携带。

3、技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

4、一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，包括提供稳定高压电的高压直流电源和进行碳化硅器件特性测试的双脉冲测试单元，所述高压直流源与双脉冲测试单元电气连接，其中，

5、高压直流源，包括并联连接的ac/dc充电模块、电解电容和放电电阻，其中ac/dc充电模块两端通过直流电源接口、交流电源接口分别接入直流电源、交流电源，ac/dc充电模块与电解电容之间还设有充电限流电阻；

6、双脉冲测试单元，包括驱动板和功率管，所述驱动板向碳化硅器件输出驱动信号，以控制碳化硅器件的开通和关断。

7、作为优选，电解电容过充电后的峰值电压为：其中，cdc-link为母线电容，δu为过充电的电压，电解电容的选取保证在测试系统处于最大测试电压值umax和最大测试电流值imax时，电容充电的峰值电压不高于功率器件的额定耐压值uds，即

8、作为优选，电解电容的充电方程如式：其中，uc为电容上的电压，udc为直流电源，时间常数为τ＝rcharge·cdc_link，根据该式选择充电限流电阻rcharge的阻值；电解电容的放电方程如式：)根据该式选择放电电阻rdischarge的阻值。

9、作为优选，双脉冲测试单元的输入端还设有滤波电容，以过滤高压直流源的高频成分。

10、作为优选，ac/dc充电模块与交流电源接口之间设有隔离变压器。

11、作为优选，电解电容两端并联有平衡电阻。

12、作为优选，测试仪还包括上位机，上位机对碳化硅器件的波形进行观测及记录。上位机包括显示器、电压探头和电流探头，上位机通过虚拟示波器的探头实时观测碳化硅器件的波形数据，显示在屏幕上并保存。

13、本发明还公开了一种多功能便携式碳化硅器件测试仪的工作方法，

14、s1，选择需要评估性能的驱动板与碳化硅器件；

15、s2，判断是否需要进行buck/boost实验，是则根据测试平台留有的接口进行二次开发将双脉冲测试单元的电路变形为buck或boost后进入s3，否则直接进入s3；

16、s3，实验开始：打开高压直流源的充电开关，向电解电容充电，为双脉冲测试单元提供电源，判断是否有直流输入，是则闭合直流电源接口，否则闭合交流电源接口，

17、充电完成后开启控制芯片，控制碳化硅器件的开通和关断并记录相关波形数据；

18、s4，实验结束，闭合放电开关。

19、作为优选，实验开始：打开高压直流源的充电开关，外接电源流经限流电阻向电解电容充电，限流电阻将充电电流限制在安全范围之内，直到充电完成；向上管驱动板和下管驱动板分别发出脉冲信号，驱动板将脉冲信号换为碳化硅器件的开关信号，控制碳化硅器件的开通和关断。

20、作为优选，实验结束，高压直流源中的放电开关闭合，大容量电解电容通过放电电阻将储存的能量泄放，放电过程由放电电阻限制放电电流在安全范围之内，直到放电完成。

21、作为优选，当外部电源是直流电时，将直流电压调节至预设电压值u后，连接直流充电接口。当外部电源是交流电时，连接交流充电接口，ac/dc模块会将电压调节至预设电压值u。交流充电接口和直流充电接口不能同时连接。闭合充电开关，外部的交流/直流电源通过限流电阻向大电解电容充电。充电限流电阻可限制充电电流在安全范围之内，平衡电阻可保证两个大容量电解电容的电压大小一致。大电解电容充电完成后，断开充电开关。

22、作为优选，打开控制芯片的脉冲开关，控制芯片向上管驱动板和下管驱动板分别发出脉冲信号。上管驱动板和下管驱动板将脉冲信号转换为碳化硅器件的开关信号，并控制碳化硅器件的开通和关断。

23、作为优选，上位机通过电压探头和电流探头完成对碳化硅器件的特性测试，并且将相关波形通过显示器记录并保存，包括导通特性、开通/关断特性、反向恢复特性、短路特性及损耗/温升特性。

24、作为优选，碳化硅器件特性测试完成后，打开高压直流电源的放电开关，大电解电容存储的电压通过放电电阻泄放。放电电阻可限制放电电流在安全范围之内。

25、作为优选，若需要对不同驱动板的性能进行评估，则可以更换不同型号的驱动板进行测试。

26、作为优选，若需要行进buck或boost功率电路开环测试等研究性实验，可以根据测试平台留有的接口进行二次开发，将双脉冲测试单元的电路变形为buck或boost电路进行测试。

27、作为优选，整体测试仪安装于轻质手提箱体内，便于携带。

28、有益效果

29、(1)本发明通过多功能便携式碳化硅器件特性测试仪可进行碳化硅器件的导通特性、开通/关断特性、反向恢复特性、短路特性及损耗/温升等性能验证性测试，以及驱动电路设计与评估、器件特性影响因素分析研究、相近电压/电流定额的全工况对比选型、buck或boost功率电路开环测试等研究性实验；

30、(2)本发明采用模块化设计、插拔接口连接，整体安装于轻质箱体中，易于便携使用；测试仪布局紧凑，各单元模块的设计能够充分利用箱体空间，不留多余空间裕量；

31、(3)本发明的驱动板、功率器件、信号产生单元均可更换不同型号；测试仪使用过程中与电网断开，取电自储能电容，实验完成后电容及时放电，最大程度降低了安全事故可能性，确保实验安全；

32、(4)本发明公开的高压直流源部分，兼容了交流和直流两种输入方式；不论外部电源是直流电还是交流电，都不直接对双脉冲测试单元充电，而是先通过对大电解电容充电，充电完成后的大电容再向双脉冲提供电，这样保证了实验过程的安全性和可控性。

技术特征：

1.一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，包括提供稳定高压电的高压直流电源和进行碳化硅器件特性测试的双脉冲测试单元，所述高压直流源与双脉冲测试单元电气连接，其中，

2.根据权利要求1所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，所述电解电容过充电后的峰值电压为：其中，cdc-link为母线电容，δu为过充电的电压，电解电容的选取保证在测试系统处于最大测试电压值umax和最大测试电流值imax时，电容充电的峰值电压不高于功率器件的额定耐压值uds，即

3.根据权利要求2所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，电解电容的充电方程如式：其中，uc为电容上的电压，udc为直流电源，时间常数为τ＝rcharge·cdc_link，根据该式选择充电限流电阻rcharge的阻值；电解电容的放电方程如式：根据该式选择放电电阻rdischarge的阻值。

4.根据权利要求3所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，所述电解电容两端并联有平衡电阻。

5.根据权利要求4所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，所述ac/dc充电模块与交流电源接口之间设有隔离变压器。

6.根据权利要求1所述的一种多功能便携式碳化硅特性测试仪，其特征在于，双脉冲测试单元的输入端还设有滤波电容，以过滤高压直流源的高频成分。

7.根据权利要求1所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，碳化硅器件能够通过插拔式接口连接于双脉冲测试单元。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，其特征在于，所述测试仪还包括上位机，上位机包括显示器、电压探头和电流探头，上位机通过虚拟示波器的探头实时观测碳化硅器件的波形数据，显示在屏幕上并保存。

9.一种多功能便携式碳化硅器件测试仪的工作方法，其特征在于，使用如权利要求8所述的测试仪，工作方法如下：

10.根据权利要求7所述的多功能便携式碳化硅器件测试仪的工作方法，其特征在于，实验开始时，打开高压直流源的充电开关，外接电源流经限流电阻向电解电容充电，限流电阻将充电电流限制在安全范围之内，直到充电完成；向碳化硅器件的上管驱动板和下管驱动板分别发出脉冲信号，驱动板将脉冲信号换为碳化硅器件的开关信号，控制碳化硅器件的开通和关断；实验结束时，高压直流源中的放电开关闭合，电解电容通过放电电阻将储存的能量泄放，放电过程由放电电阻限制放电电流在安全范围之内，直到放电完成。

技术总结
本发明公开了一种多功能便携式碳化硅器件特性测试仪，包括高压直流电源和双脉冲测试单元，所述高压直流源与双脉冲测试单元电气连接，其中，高压直流源，包括并联连接的AC/DC充电模块、电解电容和放电电阻，其中AC/DC充电模块两端通过直流电源接口、交流电源接口分别接入直流电源、交流电源，AC/DC充电模块与电解电容之间还设有充电限流电阻；通过多功能便携式碳化硅器件特性测试仪可进行碳化硅器件的导通特性、开通/关断特性、反向恢复特性、短路特性及损耗/温升等性能验证性测试，以及驱动电路设计与评估、器件特性影响因素分析研究、相近电压/电流定额的全工况对比选型、Buck或Boost功率电路开环测试等实验。

技术研发人员：秦海鸿,刘湘,巴振华,卜飞飞,陈文明,陈志辉,朱梓悦
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13