IGBT模块：技术、驱动和应用课件：信号测量和仪器

信号测量和仪器IGBT模块：技术、驱动和应用1目录简介数字存储示波器电流测量电压测量温度测量31245双脉冲测试小结67IGBTModules–Technologies,DriverandApplication2简介电力电子需要什么测量仪器？IGBTModules–Technologies,DriverandApplication电力电子需要测量什么参数？电力电子测量：特点？相同点？相异点？电压、电流、功率、温度。。。万用表、示波器、电流/电压/温度传感器。。。数字存储示波器3模拟示波器优点：可以直接映射被测信号缺点：难以捕捉到一次性的信号IGBTModules–Technologies,DriverandApplication数字存储示波器4数字存储示波器（DSO）对被测信号采样，然后把信号重构为图像IGBTModules–Technologies,DriverandApplication数字处理和存储信号集成了数学函数信号的缩放复杂的信号触发信号的彩色显示测量数据导出功能DSO的Y轴分辨率:表明输入信号能够被转换的精确的数字值为减少测量误差，应设置更高的分辨率数字存储示波器特点：数字存储示波器6IGBTModules–Technologies,DriverandApplication带宽会限制DSO能测量的最高频率DSO的带宽应高于信号所含最高频率的5倍，保证测量误差≤2%奈奎斯特-香农采样定理：采样频率至少是连续信号最高频率的两倍。但DSO的存储深度有限，且信号通常不连续。所以推荐每个斜坡至少需要采样10个参考点。DSO的示波器的带宽:7电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication测量a:小功率的应用场合没有必要隔离信号缺点：测量探针（分流电阻器、霍尔传感器等）增大了换流电路的杂散电感a)测量直流母线电流b)测量变换器下桥臂电流c)测量输出相电流8电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication测量b:中小功率的应用场合可以少测量一个电流缺点：测量探针（分流电阻器、霍尔传感器等）增大了换流电路的杂散电感a)测量直流母线电流b)测量变换器下桥臂电流c)测量输出相电流9电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication测量c:功率高于5.5kW高性能电机驱动的应用场合测量逆变器的输出电流，可少测量一个电流缺点：测量探针（分流电阻器、霍尔传感器等）增大了换流电路的杂散电感a)测量直流母线电流b)测量变换器下桥臂电流c)测量输出相电流10电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication无磁测量

取样电阻带电流检测功能的IGBT有磁测量电流互感器罗氏线圈霍尔传感器电流测量:磁性材料确保电气隔离11电流检测电阻（取样电阻）1）双线取样2）四线取样基于无磁原理的电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication双线测量：电压信号UShunt，LT直接与取样电阻的负载端子相连四线测量：两个额外的端子，不会引入电压误差信号准四线测量方案12基于无磁原理的电流测量实际取样电阻上的压降电流检测电阻（取样电阻）IGBT

Modules–Technologies,DriverandApplication测量误差主要受限于电流化率和分流器的寄生电感选择寄生电感低的取样电阻13基于无磁原理的电流测量损耗导致温度升高，应选择低温漂的取样电阻电流检测电阻（取样电阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication包含RC滤波器的频率响应补偿电路可以提高采样电阻测量特性取样电阻的损耗随电流上升而增大，因此适用于中小功率场合14基于无磁原理的电流测量直接把取样电阻集成到IGBT模块内相比安装在PCB上，导热性得到改善取样电阻通常安装在模块的DCB上，保证与系统的散热器有良好的热连接电流检测电阻（取样电阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication15基于无磁原理的电流测量取样电阻安装在直流母线上的电流测量电流适用于低损耗、低性能的应用场合电流检测电阻（取样电阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication优点：放大器工作在+5V的电压下，不需要负电压电源，取样电阻仍可检测正负电流16基于Σ̵Δ的隔离模拟/数字转换器（ADC）基于无磁原理的电流测量必须能实现逆变器高电压和微控制器低电压之间的隔离必须保证适当的精确度和线性度电流检测电阻（取样电阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication在输出级通过取样电阻测量电流适用于高动态性能的电机驱动和高端应用场合17基于无磁原理的电流测量自带电流检测的IGBTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication电流传感IGBT无法满足大电流测量需求有利于辨识过载和短路电流18基于无磁原理的电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC可以通过光耦或脉冲变压器隔离传输数字信号保证传输过程中不会产生错误有利于辨识过载和短路电流基于Σ̵Δ的隔离模拟/数字转换器（ADC）19基于无磁原理的电流测量Σ/ΔADCIGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC的量化原理Σ/ΔADC的过采样，数字滤波和噪声成型Σ/ΔADC的频率特性20基于无磁原理的电流测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC21一次侧只有一匝,基于一次和二次绕组之间的匝数比，一次电流被映射在二次侧，通过负载电阻Rterm，产生电压Uout，用示波器来观测电压波形。基于电磁原理的电流检测电流互感器CTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication22常用于实验室测量的皮尔森线圈基于电磁原理的电流检测电流互感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication优点缺点隔离测量无法测量直流和低频电流瞬态响应通常难以集成到负载电路中直接示波器连接饱和效应可以忽略对负载电路的影响磁性材料过大的电流可能会损坏电流互感器电流互感器的优缺点23基于电磁原理的电流检测罗氏线圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication24基于电磁原理的电流检测罗氏线圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication优点缺点隔离测量需要额外积分器瞬态响应无法测量直流和低频电流容易用于负载电流测量没有饱和作用超过量程的大电流不会损坏不需要磁性材料对负载电路的阻抗影响较低对负载电路的影响可以忽略不计罗氏线圈的优缺点25在磁场中放入导体会产生霍尔效应，导体内的载流子受到洛伦兹力基于电磁原理的电流检测霍尔传感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication26霍尔电压基于电磁原理的电流检测霍尔传感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationRH：霍尔常数（取决于材料）IS：驱动电流B：磁通密度d：霍尔传感器平行于磁通密度B方向的厚度霍尔测量注意事项塑形热点效应机械应变自感27闭环或补偿变换器基于电磁原理的电流检测霍尔传感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication开环变换器28标准示波器探头和差分探头电压测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication29标准电力电子系统常用的电压测量点电压测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication30高阻隔离测量直流母线电压电压测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication31电气隔离测量直流母线电压电压测量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication32温度测量限制半导体应用的一个重要因素是最大结温Tvj,opIGBTModules–Technologies,DriverandApplication数字式温度计33温度测量NTC电阻IGBTModules–Technologies,DriverandApplication定时器芯片NE555通过频率测定RNTC通过曲线确定TNTC=TC估算34温度测量红外成像仪IGBTModules–Technologies,DriverandApplication35温度测量Pt传感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication寄生热电电压自热热传递电缆故障注意事项：A类：-200℃~650℃B类：-200℃~850℃36温度测量KTY传感器-半导体温度传感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationKTY10-6测量电流为1mAKTY84-130测量电流为2mAKTY传感器测量温度的范围由掺杂浓度决定，测量范围-50℃到150℃之间。37双脉冲测试IGBTModules–Technologies,DriverandApplication双脉冲测试电路38

高压直流电源：直流母线电容充电双脉冲测试IGBTModules–Technologies,