IGBT模塊：技術(shù)、驅(qū)動和應(yīng)用課件：信號測量和儀器

信號測量和儀器IGBT模塊：技術(shù)、驅(qū)動和應(yīng)用1目錄簡介數(shù)字存儲示波器電流測量電壓測量溫度測量31245雙脈沖測試小結(jié)67IGBTModules–Technologies,DriverandApplication2簡介電力電子需要什么測量儀器？IGBTModules–Technologies,DriverandApplication電力電子需要測量什么參數(shù)？電力電子測量：特點？相同點？相異點？電壓、電流、功率、溫度。。。萬用表、示波器、電流/電壓/溫度傳感器。。。數(shù)字存儲示波器3模擬示波器優(yōu)點：可以直接映射被測信號缺點：難以捕捉到一次性的信號IGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字存儲示波器4數(shù)字存儲示波器（DSO）對被測信號采樣，然后把信號重構(gòu)為圖像IGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字處理和存儲信號集成了數(shù)學(xué)函數(shù)信號的縮放復(fù)雜的信號觸發(fā)信號的彩色顯示測量數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能DSO的Y軸分辨率:表明輸入信號能夠被轉(zhuǎn)換的精確的數(shù)字值為減少測量誤差，應(yīng)設(shè)置更高的分辨率數(shù)字存儲示波器特點：數(shù)字存儲示波器6IGBTModules–Technologies,DriverandApplication帶寬會限制DSO能測量的最高頻率DSO的帶寬應(yīng)高于信號所含最高頻率的5倍，保證測量誤差≤2%奈奎斯特-香農(nóng)采樣定理：采樣頻率至少是連續(xù)信號最高頻率的兩倍。但DSO的存儲深度有限，且信號通常不連續(xù)。所以推薦每個斜坡至少需要采樣10個參考點。DSO的示波器的帶寬:7電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測量a:小功率的應(yīng)用場合沒有必要隔離信號缺點：測量探針（分流電阻器、霍爾傳感器等）增大了換流電路的雜散電感a)測量直流母線電流b)測量變換器下橋臂電流c)測量輸出相電流8電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測量b:中小功率的應(yīng)用場合可以少測量一個電流缺點：測量探針（分流電阻器、霍爾傳感器等）增大了換流電路的雜散電感a)測量直流母線電流b)測量變換器下橋臂電流c)測量輸出相電流9電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測量c:功率高于5.5kW高性能電機驅(qū)動的應(yīng)用場合測量逆變器的輸出電流，可少測量一個電流缺點：測量探針（分流電阻器、霍爾傳感器等）增大了換流電路的雜散電感a)測量直流母線電流b)測量變換器下橋臂電流c)測量輸出相電流10電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication無磁測量

取樣電阻帶電流檢測功能的IGBT有磁測量電流互感器羅氏線圈霍爾傳感器電流測量:磁性材料確保電氣隔離11電流檢測電阻（取樣電阻）1）雙線取樣2）四線取樣基于無磁原理的電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication雙線測量：電壓信號UShunt，LT直接與取樣電阻的負載端子相連四線測量：兩個額外的端子，不會引入電壓誤差信號準(zhǔn)四線測量方案12基于無磁原理的電流測量實際取樣電阻上的壓降電流檢測電阻（取樣電阻）IGBT

Modules–Technologies,DriverandApplication測量誤差主要受限于電流化率和分流器的寄生電感選擇寄生電感低的取樣電阻13基于無磁原理的電流測量損耗導(dǎo)致溫度升高，應(yīng)選擇低溫漂的取樣電阻電流檢測電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication包含RC濾波器的頻率響應(yīng)補償電路可以提高采樣電阻測量特性取樣電阻的損耗隨電流上升而增大，因此適用于中小功率場合14基于無磁原理的電流測量直接把取樣電阻集成到IGBT模塊內(nèi)相比安裝在PCB上，導(dǎo)熱性得到改善取樣電阻通常安裝在模塊的DCB上，保證與系統(tǒng)的散熱器有良好的熱連接電流檢測電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication15基于無磁原理的電流測量取樣電阻安裝在直流母線上的電流測量電流適用于低損耗、低性能的應(yīng)用場合電流檢測電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點：放大器工作在+5V的電壓下，不需要負電壓電源，取樣電阻仍可檢測正負電流16基于Σ?Δ的隔離模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）基于無磁原理的電流測量必須能實現(xiàn)逆變器高電壓和微控制器低電壓之間的隔離必須保證適當(dāng)?shù)木_度和線性度電流檢測電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication在輸出級通過取樣電阻測量電流適用于高動態(tài)性能的電機驅(qū)動和高端應(yīng)用場合17基于無磁原理的電流測量自帶電流檢測的IGBTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication電流傳感IGBT無法滿足大電流測量需求有利于辨識過載和短路電流18基于無磁原理的電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC可以通過光耦或脈沖變壓器隔離傳輸數(shù)字信號保證傳輸過程中不會產(chǎn)生錯誤有利于辨識過載和短路電流基于Σ?Δ的隔離模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）19基于無磁原理的電流測量Σ/ΔADCIGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC的量化原理Σ/ΔADC的過采樣，數(shù)字濾波和噪聲成型Σ/ΔADC的頻率特性20基于無磁原理的電流測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC21一次側(cè)只有一匝,基于一次和二次繞組之間的匝數(shù)比，一次電流被映射在二次側(cè)，通過負載電阻Rterm，產(chǎn)生電壓Uout，用示波器來觀測電壓波形?；陔姶旁淼碾娏鳈z測電流互感器CTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication22常用于實驗室測量的皮爾森線圈基于電磁原理的電流檢測電流互感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點缺點隔離測量無法測量直流和低頻電流瞬態(tài)響應(yīng)通常難以集成到負載電路中直接示波器連接飽和效應(yīng)可以忽略對負載電路的影響磁性材料過大的電流可能會損壞電流互感器電流互感器的優(yōu)缺點23基于電磁原理的電流檢測羅氏線圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication24基于電磁原理的電流檢測羅氏線圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點缺點隔離測量需要額外積分器瞬態(tài)響應(yīng)無法測量直流和低頻電流容易用于負載電流測量沒有飽和作用超過量程的大電流不會損壞不需要磁性材料對負載電路的阻抗影響較低對負載電路的影響可以忽略不計羅氏線圈的優(yōu)缺點25在磁場中放入導(dǎo)體會產(chǎn)生霍爾效應(yīng)，導(dǎo)體內(nèi)的載流子受到洛倫茲力基于電磁原理的電流檢測霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication26霍爾電壓基于電磁原理的電流檢測霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationRH：霍爾常數(shù)（取決于材料）IS：驅(qū)動電流B：磁通密度d：霍爾傳感器平行于磁通密度B方向的厚度霍爾測量注意事項塑形熱點效應(yīng)機械應(yīng)變自感27閉環(huán)或補償變換器基于電磁原理的電流檢測霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication開環(huán)變換器28標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭和差分探頭電壓測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication29標(biāo)準(zhǔn)電力電子系統(tǒng)常用的電壓測量點電壓測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication30高阻隔離測量直流母線電壓電壓測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication31電氣隔離測量直流母線電壓電壓測量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication32溫度測量限制半導(dǎo)體應(yīng)用的一個重要因素是最大結(jié)溫Tvj,opIGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字式溫度計33溫度測量NTC電阻IGBTModules–Technologies,DriverandApplication定時器芯片NE555通過頻率測定RNTC通過曲線確定TNTC=TC估算34溫度測量紅外成像儀IGBTModules–Technologies,DriverandApplication35溫度測量Pt傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication寄生熱電電壓自熱熱傳遞電纜故障注意事項：A類：-200℃~650℃B類：-200℃~850℃36溫度測量KTY傳感器-半導(dǎo)體溫度傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationKTY10-6測量電流為1mAKTY84-130測量電流為2mAKTY傳感器測量溫度的范圍由摻雜濃度決定，測量范圍-50℃到150℃之間。37雙脈沖測試IGBTModules–Technologies,DriverandApplication雙脈沖測試電路38

高壓直流電源：直流母線電容充電雙脈沖測試IGBTModules–Technologies,