一种电力电子器件加速老化测试电路、装置、方法和系统

技术领域

本发明涉及电力电子器件可靠性测试技术领域，特别涉及一种电力电子器件加速老化测试电路、装置、方法和系统。

背景技术

集成门极换流晶闸管(Integrated Gate Commutated Thyristor，IGCT)具备大电流通流、高阻断电压等优势，在直流输电领域中应用前景广泛。然而，目前在多个应用现场中返回了大量不明原因失效的IGCT，可靠性已成为制约IGCT大规模应用的重要因素之一。因此，亟需开展IGCT可靠性研究。可靠性研究的重要手段是加速老化试验，其意义主要体现在：①能够在短时间内暴露产品的薄弱点，进而有助于产品可靠性的提升。②能够短时间内获取产品的老化过程，进而有助于明晰产品的老化机理。③通过加速老化寿命预估产品实际寿命。加速老化试验开展的流程如图1所示，由图1可知，构建一个与器件实际工况相接近的测试工况是加速老化试验成功的重要前提。

IGCT器件在实际工况中需要反复经历开通、通态、关断、阻断四个过程。然而在现行可靠性测试标准所列举的加速老化试验条目中(如表1)，测试条件均与实际工况差异极大：例如高温阻断试验仅涉及器件的阻断过程，高温存放仅施加了温度应力、热循环负载试验仅涉及器件的通态过程。由于在表1的试验中不涉及动态的开通关断过程，因此在试验中di/dt、dv/dt，暂态过电流、过电压等应力均不存在，且IGCT门极驱动完全不动作，门极驱动耐受的应力几乎可以忽略。因此，仅用现有的加速老化试验条目考核IGCT器件是不完善的，即便器件通过了测试，也无法证明器件在实际工况中能长期可靠运行。

表1国内外标准中规定的可靠性试验条目

发明内容

为了解决上述问题，发明人做出本发明，通过具体实施方式，提供一种电力电子器件加速老化测试电路、装置、方法和系统。

第一方面，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试电路，包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端。

可选的，所述三个半桥电路的直流侧并联直流母线电容，所述三个半桥电路的直流侧阳极和一个阳极电抗连接。

可选的，每个半桥电路分别连接一个钳位电路。

可选的，每个钳位电路包括串联的钳位电容和钳位二极管，每个钳位二极管的阳极和对应半桥电路的直流侧阳极连接，每个钳位二极管的阴极和对应的钳位电容的一极连接，钳位电容的另一极和对应半桥电路的直流侧阴极连接；每个钳位电路还包括钳位电阻，钳位电阻的一端连接在对应钳位电路的钳位电容和钳位二极管之间，另一端与另外两个钳位电路的钳位电阻连接。

可选的，每个半桥电路中的两个所述电力电子器件分别构成对应半桥电路的上、下桥臂，在测试中，以中点连接两个负载电抗的半桥电路的上桥臂和另外两个半桥电路的下桥臂为一组进行测试，或以中点连接两个负载电抗的半桥电路的下桥臂和另外两个半桥电路的上桥臂为一组进行测试。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试装置，包括前述的电力电子器件加速老化测试电路。

第二方面，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试方法，包括以下步骤：

将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，所述电力电子器件加速老化测试电路包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端；

按照预设的时序周期对电力电子器件进行开通和关断，形成开通、通态、关断和阻断工况；

测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据。

可选的，将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，包括以下步骤：

将电力电子器件分为第一测试组和第二测试组，所述第一测试组包括电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

可选的，第一测试组对应的时序周期，包括：

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

第二测试组对应的时序周期，包括：

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

可选的，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据，包括以下步骤：将第一测试组测试至少一个对应的时序周期，得到第一测试组中每个电力电子器件对应的加速老化测试数据；或，将第二测试组测试至少一个对应的时序周期，得到第二测试组中每个电力电子器件对应的加速老化测试数据。

可选的，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据，还包括以下步骤：在对其中一个测试组完成测试后，不拆卸已经测试的电力电子器件，开始对另一个测试组进行测试。

可选的，测试同种规格的两款电力电子器件时，将其中一款电力电子器件作为电力电子器件S

可选的，测试两个同种电力电子器件时，将其中一个电力电子器件作为电力电子器件S

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试系统，包括：

器件接入模块，用于将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，所述电力电子器件加速老化测试电路包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端；

加速老化测试模块，用于按照预设的时序周期对电力电子器件进行开通和关断，形成开通、通态、关断和阻断工况，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据。

本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：

本发明提出了一种可产生多级电流应力的加速老化测试方案，测试工况涵盖了开通、通态、关断、阻断四个过程，在测试中能够产生di/dt、dv/dt、暂态过电流、过电压、门极驱动耐受等现有加速老化测试中不存在而实际工况中存在的应力，能够解决现有器件加速老化试验中测试工况与实际工况差异大、应力类型不符的问题，保证了测试的真实性，大大提高了测试结果的可信度，适用于包括IGCT在内的各种电力电子器件的老化加速测试，能够在同一测试周期中产生不同大小的应力，便于同时对同种器件进行不同应力水平测试，也能在同一测试周期中产生相同应力，便于同时对不同款器件进行相同应力水平测试，提高了测试效率。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为加速老化试验开展流程图；

图2a为本发明实施例中一种电力电子器件加速老化测试电路拓扑图；

图2b为本发明实施例中一种电力电子器件加速老化测试方法流程图；

图3为本发明实施例中一个周期内第一测试组对应的时序及控制信号图；

图4a为本发明实施例中S

图4b为本发明实施例中S

图5a为本发明实施例中S

图5b为本发明实施例中S

图6a为本发明实施例中S

图6b为本发明实施例中S

图7a为本发明实施例中S

图7b为本发明实施例中S

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

为了解决现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试电路、装置、方法和系统。

本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试电路，其拓扑如图2a所示，包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端。例如，在图2a中，器件S

在一些具体的实施例中，所述三个半桥电路的直流侧并联直流母线电容，所述三个半桥电路的直流侧阳极和一个阳极电抗连接。图2a中直流母线电容C

为了将电压限制在一定范围，保持电路波形形状不变，在一些具体的实施例中，每个半桥电路分别连接一个钳位电路。

在一些具体的实施例中，每个钳位电路包括串联的钳位电容和钳位二极管，每个钳位二极管的阳极和对应半桥电路的直流侧阳极连接，每个钳位二极管的阴极和对应的钳位电容的一极连接，钳位电容的另一极和对应半桥电路的直流侧阴极连接；每个钳位电路还包括钳位电阻，钳位电阻的一端连接在对应钳位电路的钳位电容和钳位二极管之间，另一端与另外两个钳位电路的钳位电阻连接。例如，图2a中，第一半桥电路的钳位电路包括二极管D

在一些具体的实施例中，每个半桥电路中的两个所述电力电子器件分别构成对应半桥电路的上、下桥臂，在测试中，以中点连接两个负载电抗的半桥电路的上桥臂和另外两个半桥电路的下桥臂为一组进行测试，或以中点连接两个负载电抗的半桥电路的下桥臂和另外两个半桥电路的上桥臂为一组进行测试。上、下桥臂的区分，以不同半桥电路中桥臂的相对位置为依据，不同半桥电路中同一侧的桥臂为上桥臂或下桥臂。如图2a所示的拓扑，测试过程中S

本发明提出了一种可产生多级电流应力的加速老化测试方案，测试工况涵盖了开通、通态、关断、阻断四个过程，在测试中能够产生di/dt、dv/dt、暂态过电流、过电压、门极驱动耐受等现有加速老化测试中不存在而实际工况中存在的应力，能够解决现有器件加速老化试验中测试工况与实际工况差异大、应力类型不符的问题，使测试更接近真实工况，大大提高了测试结果的可信度，适用于包括IGCT在内的各种电力电子器件的老化加速测试，能够在同一测试周期中产生不同大小的应力，便于同时对同种器件进行不同应力水平测试，也能在同一测试周期中产生相同应力，便于同时对不同款器件进行相同应力水平测试，提高了测试效率。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试装置，包括前述的电力电子器件加速老化测试电路。

本发明另一实施例提供一种电力电子器件加速老化测试方法，其流程如图2b所示，包括以下步骤：

将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，所述电力电子器件加速老化测试电路包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端；

按照预设的时序周期对电力电子器件进行开通和关断，形成开通、通态、关断和阻断工况；

测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据。

在一些具体的实施例中，将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，包括以下步骤：

将电力电子器件分为第一测试组和第二测试组，如图2a所示，所述第一测试组包括电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

在一些具体的实施例中，如图3所示，图3中i

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

根据以上测试时序控制方法可知，在一个测试周期O～t

第二测试组对应的时序周期，包括：

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

将电力电子器件S

在一些具体的实施例中，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据，包括以下步骤：

将第一测试组测试至少一个对应的时序周期，得到第一测试组中每个电力电子器件对应的加速老化测试数据；

或，将第二测试组测试至少一个对应的时序周期，得到第二测试组中每个电力电子器件对应的加速老化测试数据。

在一些具体的实施例中，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据，还包括以下步骤：在对其中一个测试组完成测试后，不拆卸已经测试的电力电子器件，开始对另一个测试组进行测试。

在一些具体的实施例中，测试同种规格的两款电力电子器件时，将其中一款电力电子器件作为电力电子器件S

在一些具体的实施例中，测试两个同种电力电子器件时，将其中一个电力电子器件作为电力电子器件S

本领域技术人员能够对上述顺序进行变换而并不离开本公开的保护范围。

上述电力电子器件加速老化测试方法中，本发明提出了一种可产生多级电流应力的加速老化测试方案，测试工况涵盖了开通、通态、关断、阻断四个过程，在测试中能够产生di/dt、dv/dt、暂态过电流、过电压、门极驱动耐受等现有加速老化测试中不存在而实际工况中存在的应力，能够解决现有器件加速老化试验中测试工况与实际工况差异大、应力类型不符的问题，保证了测试的真实性，大大提高了测试结果的可信度，适用于包括IGCT在内的各种电力电子器件的老化加速测试，能够在同一测试周期中产生不同大小的应力，便于同时对同种器件进行不同应力水平测试，也能在同一测试周期中产生相同应力，便于同时对不同款器件进行相同应力水平测试，提高了测试效率。

基于同一发明构思，本发明实施例提供一种电力电子器件加速老化测试系统，包括：

器件接入模块，用于将电力电子器件接入电力电子器件加速老化测试电路，所述电力电子器件加速老化测试电路包括三个并联的半桥电路和两个负载电抗，每个半桥电路包括两个串联的电力电子器件，每个电力电子器件反并联二极管，其中一个半桥电路的中点连接两个负载电抗的一端，另外两个半桥电路的中点分别连接所述两个负载电抗的另一端；

加速老化测试模块，用于按照预设的时序周期对电力电子器件进行开通和关断，形成开通、通态、关断和阻断工况，测试至少一个时序周期，得到电力电子器件对应的加速老化测试数据。

关于上述实施例中的系统，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。本实施例中，提出了一种可产生多级电流应力的加速老化测试方案，测试工况涵盖了开通、通态、关断、阻断四个过程，在测试中能够产生di/dt、dv/dt、暂态过电流、过电压、门极驱动耐受等现有加速老化测试中不存在而实际工况中存在的应力，能够解决现有器件加速老化试验中测试工况与实际工况差异大、应力类型不符的问题，保证了测试的真实性，大大提高了测试结果的可信度，适用于包括IGCT在内的各种电力电子器件的老化加速测试，能够在同一测试周期中产生不同大小的应力，便于同时对同种器件进行不同应力水平测试，也能在同一测试周期中产生相同应力，便于同时对不同款器件进行相同应力水平测试，提高了测试效率。

凡在本发明的原则范围内做的任何修改、补充和等同替换等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围内。上述所指出的“连接”，除非特别声明，是表示电流传输的逻辑关系，并非一定表示直接的电气连接。同时，“第一”、“第二”等并非表示一种前后顺序，仅仅用于识别相关的电路、测试组等。