[实用新型]交直流叠加电压下的高压功率模块局部放电检测系统

说明书

本实用新型涉及高压功率模块技术领域，特别是一种交直流叠加电压下的高压功率模块局部放电检测系统，包括交直流叠加电源和待测功率模块Qx，所述待测功率模块Qx与检测阻抗Rm串联后和耦合电容Ck并联接入交直流电源两端；还包括局部放电检测仪，所述局部放电检测仪通过调理单元连接在检测阻抗Rm两侧。采用上述结构后，本实用新型一方面是被测功率模块在更接近实际工况下的交直流叠加电压下进行测试，使测试中产生的局部放电行为更接近实际工况下的局部放电现象；另一方面通过测试缩小了功率模块局部放电测试的盲区，扩大了模块内部接受局部放电测试的范围，提高了测试的准确度。

技术领域

本实用新型涉及高压功率模块技术领域，特别是一种交直流叠加电压下的高压功率模块局部放电检测系统。

背景技术

随着高压直流输电线路、直流微电网等电力电子化电力系统的兴起，功率模块正在不断地朝更高的电压等级推进。传统的焊接式功率模块结构如图1所示，图中可以看到，由芯片制造商制造的裸芯片8通过焊料层1焊接在衬底2上。衬底2由上下两层铜层与中间的陶瓷层构成，其中上层铜层通过蚀刻铜迹线实现芯片下表面之间的电气连接，芯片上表面通过键合引线7将芯片焊盘与输出端子连接，输出端子包括正输出端子4和负输出端子5，衬底2底层铜与连接散热器的金属基板3焊接在一起以达到良好的散热。最后用硅凝胶和环氧树脂组成的封装填料6将各元件覆盖，以防止芯片受潮辐射老化等现象出现，并避免模块内部各金属连接之间的局部放电，确保绝缘强度。更高电压的功率模块对封装结构的绝缘性能提出了更高的要求，因此准确的功率模块的绝缘性能测试显得更为必要。

对于传统的工频耐压、冲击耐压试验，其所施加的试验电压只是考核了设备能否经受住各种过电压的作用。但是，这种过电压值的试验与运行中长期工作电压的作用是有区别的，经受住了过电压试验的产品，能否在长期工作电压作用下保证安全可靠运行，还需要进行局部放电测试。

当前的国标GB/T 25122.1：“轨道交通-机车车辆用电力变流器-第1部分：特性和试验方法”是工作在 QUOTE或更高电压下的功率模块常用的标准。该标准定义了局部放电测试如图2，在局部放电测试中，应先使用峰值为 QUOTE （ QUOTE指功率模块可容许的最高阻断电压）的正弦交流电压保持 QUOTE ，再将交流电压降至峰值为 QUOTE 保持 QUOTE ，在 QUOTE 测试的最后 QUOTE ，局部放电的电荷积累必须小于 QUOTE ，以此判断模块的绝缘性能是否达标。

然而，在上述标准测试过程中施加在功率模块两端的电压是工频的交流电，这不能代表功率模块正常运行期间承受的实际应力，功率模块常用于逆变器中，此时模块承受的是脉冲宽度调制（PWM）应力。不同的电压类型将在绝缘介质内部产生不同的电场分布，例如绝缘材料在直流电场内将按照电阻率分布，在交流电场内将按照介电常数分布，在工频正弦交流电压下的局部放电行为与快速上升的高频方波电压的局部放电行为也不同。因此在正常运行期间，功率模块所涉及的不同绝缘材料所承受的应力与标准化测试期间施加的简单交流电压不同。这是绝缘材料承受电应力不准确的问题。

根据GB/T 25122.1，连接功率电子模块的各个输出端子，在互连的端子和金属基板之间施加交直流叠加的电压以测量局部放电量作标准化测试，这样连接的弊端在于该方法只测试了衬底周围介质的绝缘，而模块空腔内的大部分硅凝胶并没有参与到测试当中。这是测试所覆盖的模块内绝缘材料的范围不全面的问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种能够更准确可靠的对高压功率模块进行绝缘性能测试的系统。

为解决上述的技术问题，本实用新型的交直流叠加电压下的高压功率模块局部放电检测系统，包括交直流叠加电源和待测功率模块Qx，所述待测功率模块Qx与检测阻抗Rm串联后和耦合电容Ck并联接入交直流电源两端；还包括局部放电检测仪，所述局部放电检测仪通过调理单元连接在检测阻抗Rm两侧。

优选的，所述检测阻抗Rm两侧还并联有浪涌保护二极管Do。