IGBT模塊：技術(shù)、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用課件：信號(hào)測(cè)量和儀器

信號(hào)測(cè)量和儀器IGBT模塊：技術(shù)、驅(qū)動(dòng)和應(yīng)用1目錄簡(jiǎn)介數(shù)字存儲(chǔ)示波器電流測(cè)量電壓測(cè)量溫度測(cè)量31245雙脈沖測(cè)試小結(jié)67IGBTModules–Technologies,DriverandApplication2簡(jiǎn)介電力電子需要什么測(cè)量?jī)x器？IGBTModules–Technologies,DriverandApplication電力電子需要測(cè)量什么參數(shù)？電力電子測(cè)量：特點(diǎn)？相同點(diǎn)？相異點(diǎn)？電壓、電流、功率、溫度。。。萬(wàn)用表、示波器、電流/電壓/溫度傳感器。。。數(shù)字存儲(chǔ)示波器3模擬示波器優(yōu)點(diǎn)：可以直接映射被測(cè)信號(hào)缺點(diǎn)：難以捕捉到一次性的信號(hào)IGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字存儲(chǔ)示波器4數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）對(duì)被測(cè)信號(hào)采樣，然后把信號(hào)重構(gòu)為圖像IGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字處理和存儲(chǔ)信號(hào)集成了數(shù)學(xué)函數(shù)信號(hào)的縮放復(fù)雜的信號(hào)觸發(fā)信號(hào)的彩色顯示測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)出功能DSO的Y軸分辨率:表明輸入信號(hào)能夠被轉(zhuǎn)換的精確的數(shù)字值為減少測(cè)量誤差，應(yīng)設(shè)置更高的分辨率數(shù)字存儲(chǔ)示波器特點(diǎn)：數(shù)字存儲(chǔ)示波器6IGBTModules–Technologies,DriverandApplication帶寬會(huì)限制DSO能測(cè)量的最高頻率DSO的帶寬應(yīng)高于信號(hào)所含最高頻率的5倍，保證測(cè)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(hào)最高頻率的兩倍。但DSO的存儲(chǔ)深度有限，且信號(hào)通常不連續(xù)。所以推薦每個(gè)斜坡至少需要采樣10個(gè)參考點(diǎn)。DSO的示波器的帶寬:7電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測(cè)量a:小功率的應(yīng)用場(chǎng)合沒(méi)有必要隔離信號(hào)缺點(diǎn)：測(cè)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(cè)量直流母線(xiàn)電流b)測(cè)量變換器下橋臂電流c)測(cè)量輸出相電流8電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測(cè)量b:中小功率的應(yīng)用場(chǎng)合可以少測(cè)量一個(gè)電流缺點(diǎn)：測(cè)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(cè)量直流母線(xiàn)電流b)測(cè)量變換器下橋臂電流c)測(cè)量輸出相電流9電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication測(cè)量c:功率高于5.5kW高性能電機(jī)驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合測(cè)量逆變器的輸出電流，可少測(cè)量一個(gè)電流缺點(diǎn)：測(cè)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(cè)量直流母線(xiàn)電流b)測(cè)量變換器下橋臂電流c)測(cè)量輸出相電流10電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication無(wú)磁測(cè)量

取樣電阻帶電流檢測(cè)功能的IGBT有磁測(cè)量電流互感器羅氏線(xiàn)圈霍爾傳感器電流測(cè)量:磁性材料確保電氣隔離11電流檢測(cè)電阻（取樣電阻）1）雙線(xiàn)取樣2）四線(xiàn)取樣基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication雙線(xiàn)測(cè)量：電壓信號(hào)UShunt，LT直接與取樣電阻的負(fù)載端子相連四線(xiàn)測(cè)量：兩個(gè)額外的端子，不會(huì)引入電壓誤差信號(hào)準(zhǔn)四線(xiàn)測(cè)量方案12基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量實(shí)際取樣電阻上的壓降電流檢測(cè)電阻（取樣電阻）IGBT

Modules–Technologies,DriverandApplication測(cè)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(wú)磁原理的電流測(cè)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(cè)電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication包含RC濾波器的頻率響應(yīng)補(bǔ)償電路可以提高采樣電阻測(cè)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(chǎng)合14基于無(wú)磁原理的電流測(cè)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(cè)電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication15基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量取樣電阻安裝在直流母線(xiàn)上的電流測(cè)量電流適用于低損耗、低性能的應(yīng)用場(chǎng)合電流檢測(cè)電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點(diǎn)：放大器工作在+5V的電壓下，不需要負(fù)電壓電源，取樣電阻仍可檢測(cè)正負(fù)電流16基于Σ?Δ的隔離模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量必須能實(shí)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(xiàn)性度電流檢測(cè)電阻（取樣電阻）IGBTModules–Technologies,DriverandApplication在輸出級(jí)通過(guò)取樣電阻測(cè)量電流適用于高動(dòng)態(tài)性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)和高端應(yīng)用場(chǎng)合17基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量自帶電流檢測(cè)的IGBTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication電流傳感IGBT無(wú)法滿(mǎn)足大電流測(cè)量需求有利于辨識(shí)過(guò)載和短路電流18基于無(wú)磁原理的電流測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC可以通過(guò)光耦或脈沖變壓器隔離傳輸數(shù)字信號(hào)保證傳輸過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤有利于辨識(shí)過(guò)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(wú)磁原理的電流測(cè)量Σ/ΔADCIGBTModules–Technologies,DriverandApplicationΣ/ΔADC的量化原理Σ/ΔADC的過(guò)采樣，數(shù)字濾波和噪聲成型Σ/ΔADC的頻率特性20基于無(wú)磁原理的電流測(cè)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(guò)負(fù)載電阻Rterm，產(chǎn)生電壓Uout，用示波器來(lái)觀(guān)測(cè)電壓波形?；陔姶旁淼碾娏鳈z測(cè)電流互感器CTIGBTModules–Technologies,DriverandApplication22常用于實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的皮爾森線(xiàn)圈基于電磁原理的電流檢測(cè)電流互感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)隔離測(cè)量無(wú)法測(cè)量直流和低頻電流瞬態(tài)響應(yīng)通常難以集成到負(fù)載電路中直接示波器連接飽和效應(yīng)可以忽略對(duì)負(fù)載電路的影響磁性材料過(guò)大的電流可能會(huì)損壞電流互感器電流互感器的優(yōu)缺點(diǎn)23基于電磁原理的電流檢測(cè)羅氏線(xiàn)圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication24基于電磁原理的電流檢測(cè)羅氏線(xiàn)圈IGBTModules–Technologies,DriverandApplication優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)隔離測(cè)量需要額外積分器瞬態(tài)響應(yīng)無(wú)法測(cè)量直流和低頻電流容易用于負(fù)載電流測(cè)量沒(méi)有飽和作用超過(guò)量程的大電流不會(huì)損壞不需要磁性材料對(duì)負(fù)載電路的阻抗影響較低對(duì)負(fù)載電路的影響可以忽略不計(jì)羅氏線(xiàn)圈的優(yōu)缺點(diǎn)25在磁場(chǎng)中放入導(dǎo)體會(huì)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(cè)霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication26霍爾電壓基于電磁原理的電流檢測(cè)霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationRH：霍爾常數(shù)（取決于材料）IS：驅(qū)動(dòng)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(cè)量注意事項(xiàng)塑形熱點(diǎn)效應(yīng)機(jī)械應(yīng)變自感27閉環(huán)或補(bǔ)償變換器基于電磁原理的電流檢測(cè)霍爾傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplication開(kāi)環(huán)變換器28標(biāo)準(zhǔn)示波器探頭和差分探頭電壓測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication29標(biāo)準(zhǔn)電力電子系統(tǒng)常用的電壓測(cè)量點(diǎn)電壓測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication30高阻隔離測(cè)量直流母線(xiàn)電壓電壓測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication31電氣隔離測(cè)量直流母線(xiàn)電壓電壓測(cè)量IGBTModules–Technologies,DriverandApplication32溫度測(cè)量限制半導(dǎo)體應(yīng)用的一個(gè)重要因素是最大結(jié)溫Tvj,opIGBTModules–Technologies,DriverandApplication數(shù)字式溫度計(jì)33溫度測(cè)量NTC電阻IGBTModules–Technologies,DriverandApplication定時(shí)器芯片NE555通過(guò)頻率測(cè)定RNTC通過(guò)曲線(xiàn)確定TNTC=TC估算34溫度測(cè)量紅外成像儀IGBTModules–Technologies,DriverandApplication35溫度測(cè)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(xiàng)：A類(lèi)：-200℃~650℃B類(lèi)：-200℃~850℃36溫度測(cè)量KTY傳感器-半導(dǎo)體溫度傳感器IGBTModules–Technologies,DriverandApplicationKTY10-6測(cè)量電流為1mAKTY84-130測(cè)量電流為2mAKTY傳感器測(cè)量溫度的范圍由摻雜濃度決定，測(cè)量范圍-50℃到150℃之間。37雙脈沖測(cè)試IGBTModules–Technologies,DriverandApplication雙脈沖測(cè)試電路38

高壓直流電源：直流母線(xiàn)電容充電雙脈沖測(cè)試IGBTModules–Technologies,