[发明专利]加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法

权利要求书

1.一种加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，包括：

功率硬件模块，用于产生待测变流器内功率半导体器件的电气应力；所述功率硬件模块包括模拟变流器组、阻抗网络1～n、模拟变流器阻抗网络、待测变流器以及待测变流器阻抗网络，所述模拟变流器组内包括多个变流器，经所述阻抗网络1～n并联连接，再通过所述模拟变流器阻抗网络连接至所述待测变流器阻抗网络及所述待测变流器；

电气应力控制模块，与所述功率硬件模块连接，用于控制所述待测变流器与所述模拟变流器组；

热应力控制与监测模块，与所述功率硬件模块连接，用于各节点闭环控制模拟功率半导体器件的热应力以及在线监测复杂工况下功率半导体器件的各部分节点温度变化；

健康状态监测模块，用于在线或半在线监测复杂工况下功率半导体器件的正向导通压降以及热阻抗，通过所述功率半导体器件的正向导通压降以及热阻抗反映器件健康与老化状态；

上位机交互模块，根据目标电气应力和热工况控制所述功率硬件模块、所述电气应力控制模块、所述热应力控制与监测模块以及所述健康状态监测模块；

所述测试系统通过对功率半导体器件所施加的对应工况条件下的电应力、热应力进行控制调节，实现给定热应力工况的最大结温、温度波动以及循环周期的比例放缩，在更短的测试周期内使功率半导体器件出现老化，从而实现加速老化电热综合工况模拟测试。

2.根据权利要求1所述的加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，所述电气应力控制模块，包括：

工况模拟控制器，采用基于虚拟阻抗补偿的工况模拟控制方法，控制还原待测变流器出口的电气应力；

信号发生器，与所述工况模拟控制器连接，用于产生待测变流器控制需要的控制量信息，以实现所述工况模拟控制器与所述待测变流器控制器之间的解耦；

待测变流器控制器，生成所述待测试变流器的控制信号，以控制所述待测试变流器。

3.根据权利要求2所述的加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，所述信号发生器还用于在电机驱动工况下为待测变流器控制器提供转速信号。

4.根据权利要求2所述的加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，所述工况模拟控制器包括选择模块，用于根据加速老化电热综合工况应用范围对控制策略进行选择；

其中，对于以电机驱动工况，模拟侧变流器控制对象选择为电流，选择模块选择基于虚拟阻抗补偿的工况模拟控制策略，包括：

使用采样获得的待测变流器端口电压，通过电机工况数学模型，获得电机定子的电流响应参考值；

将电流响应参考值与电流采样值做差并通过比例积分控制器得到比例积分控制器的输出O1；

再以待测变流器端口电压采样值与所述电机定子的电流响应参考值为控制参考，通过模拟侧逆变器出口滤波器压降补偿，生成虚拟阻抗补偿的输出O2；

将比例积分控制器的输出O1与虚拟阻抗补偿的输出O2相加得到虚拟阻抗补偿的工况模拟控制的输出信号O，经过脉宽调制后得到模拟变流器的开关控制信号。

5.根据权利要求1所述的加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，所述热应力控制与监测模块，包括：

热应力控制部，通过控制加热和/或冷却得到所需温度，基于不同温度采样位置，在各节点闭环控制模拟功率半导体器件的热应力；

热应力温度监测部，基于温度采样转换装置采集温度信息，在线监测复杂工况下功率半导体器件的各部分节点温度变化。

6.根据权利要求1所述的加速老化电热综合工况模拟测试系统，其特征在于，所述上位机交互模块，实现以下功能：

对目标电、热工况进行编程输入；

基于时间尺度可调的示波器界面，对电、热工况特征参量进行监测；

自动化地对功率半导体器件电热老化相关的长期可靠性指标进行提取；

所述上位机交互模块具体包括：电气特性参量监测界面、热特性参量监测界面、工况参量输入编程界面、加速老化参量输入编程界面、器件健康状态监测界面、直流供电模块界面。