[发明专利]一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法

说明书

本发明提供一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法，装置包括中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，微控制单元包括微处理单元和第一定时单元，本发明未使用FPGA，大大降低了硬件成本，同时减小了在线测量装置的功耗和电路板面积，便于集成。本发明基于第一中断信号实现IGBT模块开通或关断的瞬态过程内电气参数的高速采样，通过第二中断信号实现在IGBT模块导通或关断的稳态过程内电气参数的低速采样，同时实现了IGBT模块导通或关断的高低速采样，采样脉冲的频率范围宽，且大幅降低电气参数采样的数据量，对电力电子设备器件级的故障诊断、结温在线预估、老化健康指标监测提供了数据基础。

技术领域

本发明涉及柔性直流输电技术领域，具体涉及一种IGBT模块电气参数在线测量装置和方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor，IGBT)因具有通态压降小、载流能力大、可控关断等特性，近几年在高压柔性直流输电、混合式直流断路器以及高压DC/DC变换器等电力电子设备得到广泛应用。目前上述电力电子设备的IGBT的失效率日益成为关注的焦点，因为IGBT开关速度较快，一般开关瞬态过程只持续几百纳秒至几个微秒，而反应IGBT老化程度、器件结温等特征的电气参数大多蕴含在瞬态过程，如开通关断延迟、米勒平台宽度等。记录IGBT的瞬态过程，需要用到高速采集，现有技术一般采用FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)+ADC(Analog-to-DigitalConverte,模数转换模块)+MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)、FPGA+ADC+DSP(digital signal processor，数字信号处理器)或者SOPC(System-on-a-Programmable-Chip，即可编程片上系统)+ADC硬件结构对IGBT模块的电气参数进行测量，即通过FPGA实现高速模数转换芯片驱动及采样控制，然后再利用MCU嵌入式微控制器进行数据处理、通信，但是随着采样频率的升高，上述几种结构的硬件成本高，功耗和电路板面积均较大，且不便于集成。

发明内容

为了克服上述现有技术中硬件成本高、功耗和电路板面积均较大且不便于集成的不足，本发明提供一种IGBT模块电气参数在线测量装置，包括：中断控制单元、微控制单元和模数转换单元，所述微控制单元包括微处理单元和第一定时单元；

中断控制单元，用于基于来自于IGBT控制器的门极控制脉冲信号生成第一中断信号，并将所述第一中断信号传输给微处理单元；

微处理单元，用于基于所述第一中断信号生成第一更新事件，并将所述第一更新事件传输给第一定时器单元，还用于保存来自于模数转换单元的电气参数数字量；

第一定时单元，用于基于所述第一更新事件输出采样脉冲给模数转换单元；

模数转换单元，用于基于采样脉冲，将IGBT模块的电气参数模拟量转换为电气参数数字量，并将所述电气参数数字量传输给微处理单元；

所述第一定时单元基于第一更新事件确定的采样脉冲频率不低于20kHz。

所述微控制单元还包括：

第二定时单元，用于接收所述微处理单元在接收第一中断信号时产生的启动信号，基于所述启动信号生成第二中断信号，并将所述第二中断信号传输给微处理单元。

所述微处理单元基于所述第二中断信号生成第二更新事件，并将所述第二更新事件传输给第一定时单元。

所述第一定时单元的工作模式为脉冲宽度调制模式，其包括：

第一定时器，用于基于第一更新事件和/或第二更新事件确定第一定时单元输出采样脉冲的频率；

ARR寄存器，用于存储所述第一定时单元输出采样脉冲的频率；