[发明专利]加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法

说明书

本发明公开一种加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法，系统包括：功率硬件模块，产生待测变流器内功率半导体器件的电气应力；功率硬件模块包括模拟变流器组、可变阻抗网络、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；电气应力控制模块，控制待测变流器与模拟变流器组；热应力控制与监测模块；健康状态监测模块，在线或半离线检测功率半导体器件的健康状态功能；上位机交互模块，根据目标电气应力和热工况控制上述各模块。对应的，本发明还提供采用上述系统进行加速老化电热综合工况模拟测试的方法。本发明针对待测变流器的正常实际工况通过提高电气应力幅值、压缩工况周期等手段进行加速老化，以提取工况条件下可靠性指标。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法。

背景技术

随着可再生能源日益广泛的应用和发展，电力电子变流器的装机量和功率等级也在快速增长，电力电子变流器在长期使用中的可靠性问题也越来越受到关注。

传统的功率半导体器件加速老化测试方法，通常基于简化的测试电路，并对器件施加单一的循环电热应力，在进行多次实验后，得出结论。

经检索，中国专利CN201821687302.0，公开了一种《IGBT老化测试电路》，对待测功率半导体器件施加正反向导通的脉冲老化电流对其进行老化实验。该专利的核心思想为：通过调整流经IGBT的电流方向以模拟IGBT的不同工作状态，并通过多次循环施加不同方向的电流对IGBT进行加速老化，通过对IGBT饱和电压的监测判断IGBT的老化状态，多次实验后得到IGBT的使用寿命。

然而，此类专类存在以下弊端：

1、测试电路为简单的双脉冲测试电路或单管测试电路，其各项寄生参数与实际工况下的两电平、三电平等拓扑不一致，无法反映寄生参数对器件老化状态的影响；

2、施加电应力为脉冲电流，其频谱成分与实际工况下电压电流不同，不能反应真实工况下功率器件的老化状态；

3、老化方式单一，仅通过施加幅值较高的脉冲波对功率器件进行老化，实际工况中，器件的老化状态不仅与电流幅值有关，还与开关频率、具体工况、环境温度等有关。

因此，本领域亟需开发一种加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法，以克服上述的技术问题。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种加速老化电热综合工况模拟测试系统及方法。

本发明的一个方面，提供一种加速老化电热综合工况模拟测试系统，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，通过所述器件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；