1.本发明涉及电力电子器件测试相关技术领域，尤其是涉及一种电力电子器件变工况功率循环测试系统及控制方法。
背景技术：2.电力电子器件作为电能变换装置的核心器件，在新能源发电、航空航天、电动汽车以及轨道交通等领域得到广泛应用。然而，随着装置电压等级、功率密度等需求的提高，以及受工作环境、任务剖面等变化的影响，电力电子器件面临着严峻的疲劳失效风险。为此，合理设计和开展功率循环试验，是对器件的失效机理和寿命等进行研究的重要手段。在功率循环试验中，通过设置流过被测器件功率电流的大小和通断周期，对器件的加热温度幅值、均值和周期进行控制，使被测器件逐渐疲劳，直至失效。
技术实现要素：3.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种电力电子器件变工况功率循环测试系统，能够在变工况条件下对器件开展疲劳机理、寿命等测试。
4.本发明还提供了一种应用于上述电力电子器件变工况功率循环测试系统的控制方法。
5.根据本发明的第一方面实施例的电力电子器件变工况功率循环测试系统，包括：
6.第一直流源，用于调整主回路功率电流；
7.测试支路，包括第一可控开关、被测器件与第二直流源，所述第二直流源与所述被测器件并联后共同与所述第一可控开关的一端连接，所述第一可控开关的另一端与所述第一直流源连接；
8.切出支路，包括串联的第二可控开关与阻抗匹配器件，所述切出支路与所述测试支路并联；
9.支路切换控制器，分别与所述第一可控开关以及所述第二可控开关连接，所述支路切换控制器用于调整所述测试支路以及所述切出支路的通断状态；
10.数据处理终端，分别与所述第一直流源以及所述支路切换控制器连接。
11.根据本发明实施例的电力电子器件变工况功率循环测试系统，至少具有如下有益效果：
12.本发明实施例中的功率循环测试系统能实现对被测器件施加的功率循环条件能够按需自动改变，从而支持在变工况条件下对器件开展疲劳机理、寿命等测试。第一直流源在数据处理终端的控制下能够改变功率电流的大小，实现不同功率电流大小的测试，实现对多种实际工况的模拟。测试支路上的第一可控开关和切出支路上的第二可控开关均可被支路切换控制器控制，进而调整通断状态。支路切换控制器由数据处理终端控制，从而实现控制各个支路实现变周期自动通断。测试支路上的被测器件加载有第二直流源提供的导通
电压，使得被测器件处于常开通的状态；被测器件上还常加载有恒定测试小电流，可以用来实施小电流注入法结温测量。切出支路上的阻抗匹配器件可以使切出支路通过功率电流时的阻抗与测试支路通过功率电流时的阻抗保持一致，使第一直流源在支路切换时保持稳定。
13.根据本发明的一些实施例，所述测试支路还包括二极管，所述二极管的正极与所述第二直流源连接，所述二极管的负极与所述第一可控开关的所述一端连接。
14.根据本发明的一些实施例，所述测试支路有多条，多条所述测试支路并联。
15.根据本发明的一些实施例，每条所述测试支路包括多个所述被测器件。
16.根据本发明的第二方面实施例的控制方法，包括以下步骤：
17.获取多组不同的功率循环工况参数，每组所述功率循环工况参数皆至少包括功率电流、功率电压、所述测试支路的工作时长以及工况循环次数；
18.在多组所述功率循环工况参数中选取一组目标功率循环工况参数，根据所述目标功率循环工况参数控制所述第一直流源以及所述支路切换控制器执行功率循环测试，所述第一直流源用于调整功率电流，所述支路切换控制器用于调整所述测试支路以及所述切出支路的通断状态；
19.接收并记录测试数据以及测试参数，所述测试数据包括第一电压数据、第二电压数据以及电流数据，所述测试参数包括当前工况序号、当前工况循环次数、工况循环总次数。
20.由于控制方法采用了上述实施例的电力电子器件变工况功率循环测试系统的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果。
21.根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括以下步骤：
22.显示所述测试数据以及所述测试参数。
23.根据本发明的一些实施例，所述控制方法还包括以下步骤：
24.当所述当前工况循环次数与所述工况循环次数一致，在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，以使得所述第一直流源以及所述支路切换控制器根据所述下一组目标功率循环工况参数执行所述功率循环测试。
25.根据本发明的一些实施例，所述在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，包括以下步骤：
26.获取所述当前工况序号；
27.根据所述当前工况序号在多组所述功率循环工况参数中进行选取，得到所述下一组目标功率循环工况参数。
28.根据本发明的一些实施例，所述在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，包括以下步骤：
29.在多组所述功率循环工况参数中随机获取，得到所述下一组目标功率循环工况参数。
30.根据本发明的一些实施例，所述下一组目标功率循环工况参数中的工况循环次数，由以下步骤获得：
31.随机获取所述工况循环次数；
32.将随机获取的所述工况循环次数记作所述下一组目标功率循环工况参数中的所
述工况循环次数。
33.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
34.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
35.图1是本发明一实施例的电力电子器件变工况功率循环测试系统的电路原理示意图；
36.图2是本发明一实施例的被测器件数据采集示意图；
37.图3是本发明一实施例的功率循环数据采集与信息提取流程图；
38.图4是本发明一实施例的循环次数累加和工况切换的流程图。
39.附图标记：
40.第一直流源100、
41.第一可控开关210、被测器件220、第二直流源230、
42.第二可控开关310、阻抗匹配器件320、
43.支路切换控制器400、
44.数据处理终端500。
具体实施方式
45.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
46.在本发明的描述中，如果有描述到第一、第二等只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
47.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
48.本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
49.参照图1所示，图1是本发明一实施例的电力电子器件变工况功率循环测试系统的电路原理示意图，该电力电子器件变工况功率循环测试系统，包括：
50.第一直流源100，用于调整主回路功率电流；
51.测试支路，包括第一可控开关210、被测器件220与第二直流源230，第二直流源230与被测器件220并联后共同与第一可控开关210的一端连接，第一可控开关210的另一端与第一直流源100连接；
52.切出支路，包括串联的第二可控开关310与阻抗匹配器件320，切出支路与测试支路并联；
53.支路切换控制器400，分别与第一可控开关210以及第二可控开关310连接，支路切换控制器400用于调整测试支路以及切出支路的通断状态；
54.数据处理终端500，分别与第一直流源100以及支路切换控制器400连接。
55.参考图1，图1以两条测试支路为例，测试支路和切出支路皆并联在第一直流源100的两端，第一直流源100为程控功率直流源。每一条测试支路和切出支路上都串联有可控开关，可控开关接收来自支路切换控制器400输出的开关控制信号，支路切换控制器400接收来自数据处理终端500的支路通断周期调整指令。数据处理终端500同时还发送功率电流调整指令到第一直流源100。每一条测试支路上都串联有被测器件220，被测器件220两端连接有第二直流源230，第二直流源230为被测器件220提供导通电压和恒定测试小电流。整个功率循环测试系统由数据处理终端500启动，完成循环测试或被测器件220失效则退出功率循环测试。
56.需要说明的是，测试支路可根据需要最少只设置一条，该测试支路与切出支路相配合工作完成功率循环测试即可。
57.本发明实施例中的功率循环测试系统能实现对被测器件220施加的功率循环条件能够按需自动改变，从而支持在变工况条件下对器件开展疲劳机理、寿命等测试。第一直流源100在数据处理终端500的控制下能够改变功率电流的大小，实现不同功率电流大小的测试，实现对多种实际工况的模拟。测试支路上的第一可控开关210和切出支路上的第二可控开关310均可被支路切换控制器400控制，进而调整通断状态。支路切换控制器400由数据处理终端500控制，从而实现控制各个支路实现变周期自动通断。测试支路上的被测器件220加载有第二直流源230提供的导通电压，使得被测器件220处于常开通的状态；被测器件220上还常加载有恒定测试小电流，可以用来实施小电流注入法结温测量。切出支路上的阻抗匹配器件320可以使切出支路通过功率电流时的阻抗与测试支路通过功率电流时的阻抗保持一致，使第一直流源100在支路切换时保持稳定。
58.在一些实施例中，参照图1所示，测试支路还包括二极管，二极管的正极与第二直流源230连接，二极管的负极与第一可控开关210的一端连接。二极管起到防止意外情况下功率电流倒灌至第二直流源230的作用。
59.在一些实施例中，参照图1所示，测试支路有多条，多条测试支路并联。测试支路可以设置多条同时工作进行测试，获取多组测试数据，以保证得到准确的测试结果。另外，利用其中一条支路的冷却时间对其他支路的被测器件220进行测试，有效提高了测试效率。且多条测试支路可以提高支路切换的自由度，通过对不同测试支路设置不同的开通时间，可实现在同一组工况参数下使不同测试支路运行于不同工况。但本实施例对测试支路的具体数量不做限定，保证测试结果的前提下，合理设置即可。
60.在一些实施例中，参照图1所示，每条测试支路包括多个被测器件220。被测器件220为igbt模块，一条测试支路包含多个被测器件220时，被测器件220之间为串联状态。增加被测器件220的数量，可以有效提高测试效率。每个igbt模块的栅极均加载有导通电压，使得igbt模块处于常开通状态。另外，第一可控开关210和第二可控开关310均为额定电流远高于功率电流的igbt模块。
61.本实施例还提出一种控制方法，参照图2、图3所示，包括以下步骤：
62.获取多组不同的功率循环工况参数，每组功率循环工况参数皆至少包括功率电流、功率电压、测试支路的工作时长以及工况循环次数；
63.在多组功率循环工况参数中选取一组目标功率循环工况参数，根据目标功率循环工况参数控制第一直流源100以及支路切换控制器400执行功率循环测试，第一直流源100用于调整功率电流，支路切换控制器400用于调整测试支路以及切出支路的通断状态；
64.接收并记录测试数据以及测试参数，测试数据包括第一电压数据、第二电压数据以及电流数据，测试参数包括当前工况序号、当前工况循环次数、工况循环总次数。
65.首先获取多组不同的功率循环工况参数，参数的组数可以按需增减。每组参数中至少包括功率电流大小、功率电压上限、测试支路的工作时长以及工况循环次数，用来模拟真实工况，设置多组参数可以起到更接近真实工况的作用。开始功率循环测试，即在多组功率循环工况参数中选取一组目标功率循环工况参数为工况1，根据目标功率循环工况参数，第一直流源100将功率电流调整到工况1中设置的所需大小；根据目标功率循环工况参数，支路切换控制器400控制各个测试支路和切出支路上串联的可控开关，使得各个支路按照工况1所设定的支路通断周期循环通断。另外，因为功率电流在各支路之间连续循环切换，当第一条测试支路处于开通状态时，则第一条测试支路的被测器件220处于加热状态，而第一条测试支路的被测器件220的冷却状态为第二条测试支路或其他测试支路或切出支路的开通时刻，则第一条测试支路的被测器件220的冷却时间为其他所有支路开通的时间之和。由此，实现了对被测器件220的循环冷却和加热。同时，在测试循环时，会接收并记录测试数据以及测试参数，测试数据包括第一电压数据、第二电压数据以及电流数据，测试参数包括当前工况序号、当前工况循环次数、工况循环总次数。具体的，参考图2、图3所示，测试支路开通上升沿前被测器件220的一小段饱和压降为第一电压数据，第一电压数据后续用来计算被测器件220在一次功率循环加热前的最低结温。测试支路关断下降沿前被测器件220的一小段饱和压降为第二电压数据，第二电压数据加上功率电流共同用于后续计算被测器件220的加热功率，进而计算模块结壳热阻。第二电压数据后续用于计算被测器件220在一次功率循环加热后的最高结温。
66.应用了上述的电子电力器件变工况功率循环测试系统，本发明实施例中的控制方法实现了对被测器件220施加的功率循环条件能够按需自动改变，从而支持在变工况条件下对器件开展疲劳机理、寿命等测试。第一直流源100在数据处理终端500的控制下能够改变功率电流的大小，实现不同功率电流大小的测试，实现对多种实际工况的模拟。测试支路上的第一可控开关210和切出支路上的第二可控开关310均可被支路切换控制器400控制，进而调整通断状态。支路切换控制器400由数据处理终端500控制，从而实现控制各个支路实现变周期自动通断。测试支路上的被测器件220加载有第二直流源230提供的导通电压，使得被测器件220处于常开通的状态；被测器件220上还常加载有恒定测试小电流，可以用来实施小电流注入法结温测量。切出支路上的阻抗匹配器件320可以使切出支路通过功率电流时的阻抗与测试支路通过功率电流时的阻抗保持一致，使第一直流源100在支路切换时保持稳定。
67.在一些实施例中，控制方法还包括以下步骤：
68.显示测试数据以及测试参数。在循环测试过程中，每一次循环测试的所有相关数
据均会被记录并实时更新和显示，所有测试数据会被保存为测试记录文件，以便于观察变工况功率循环测试过程和开展测试数据分析。
69.在一些实施例中，参照图4所示，控制方法还包括以下步骤：
70.当当前工况循环次数与工况循环次数一致，在多组功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，以使得第一直流源100以及支路切换控制器400根据下一组目标功率循环工况参数执行功率循环测试。参考图4，当一组目标功率循环工况参数里设定的工况循环次数已被循环测试完毕，则数据处理终端500会在设置的多组功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环参数继续循环，直到所有工况参数循环测试完毕，或者被测器件220失效时，退出功率循环。
71.在一些实施例中，参照图4所示，在多组功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，由以下步骤获得：
72.获取当前工况序号；
73.根据当前工况序号在多组功率循环工况参数中进行选取，得到下一组目标功率循环工况参数。
74.获取下一组目标功率循环工况参数有多种方式，其中一种是获取当前工况序号，通过当前工况执行记录文件对正在执行的当前工况序号、当前工况已循环次数、已循环总次数进行更新和记录；在执行每次功率循环时，对当前工况已循环次数和已循环总次数加1；当前工况已循环次数超过本工况预测次数时，将当前工况已循环次数置1，同时将当前工况序号加1；当前工况序号超过预设的最大工况序号时，将当前工况序号置1，即从工况1重新开始循环；当已循环总次数超过预测总次数或检测到有被测器件220失效时，退出功率循环。
75.在一些实施例中，参照图3所示，在多组功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，由以下步骤获得：
76.在多组功率循环工况参数中随机获取，得到下一组目标功率循环工况参数。
77.上述为按照工况序号顺序和预设循环次数的工况顺序切换，在工况切换时也可设置随机切换至任一工况序号，以及设置下一工况的循环次数为随机量，由此实现工况随机切换，以执行具有更强随机性的变工况功率循环试验。当只获取了一种工况时，即执行常规的定工况功率循环试验。
78.在一些实施例中，参照图3所示，下一组目标功率循环工况参数中的工况循环次数，由以下步骤获得：
79.随机获取工况循环次数；
80.将随机获取的工况循环次数记作下一组目标功率循环工况参数中的工况循环次数。
81.工况循环次数可以随机获取，也可以按照获取的目标功率循环工况参数中设定好的循环次数执行，两种方法均可达到模拟真实工况的效果，但本实施例对此不做限定，合理选择即可。
82.本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或
者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于ram、rom、eeprom、闪存或其他存储器技术、cd-rom、数字多功能盘(dvd)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
83.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
技术特征：1.一种电力电子器件变工况功率循环测试系统，其特征在于，包括：第一直流源，用于调整主回路功率电流；测试支路，包括第一可控开关、被测器件与第二直流源，所述第二直流源与所述被测器件并联后共同与所述第一可控开关的一端连接，所述第一可控开关的另一端与所述第一直流源连接；切出支路，包括串联的第二可控开关与阻抗匹配器件，所述切出支路与所述测试支路并联；支路切换控制器，分别与所述第一可控开关以及所述第二可控开关连接，所述支路切换控制器用于调整所述测试支路以及所述切出支路的通断状态；数据处理终端，分别与所述第一直流源以及所述支路切换控制器连接。2.根据权利要求1所述的电力电子器件变工况功率循环测试系统，其特征在于，所述测试支路还包括二极管，所述二极管的正极与所述第二直流源连接，所述二极管的负极与所述第一可控开关的所述一端连接。3.根据权利要求1所述的电力电子器件变工况功率循环测试系统，其特征在于，所述测试支路有多条，多条所述测试支路并联。4.根据权利要求3所述的电力电子器件变工况功率循环测试系统，其特征在于，每条所述测试支路包括多个所述被测器件。5.一种电力电子器件变工况功率循环测试系统控制方法，其特征在于，包括以下步骤：获取多组不同的功率循环工况参数，每组所述功率循环工况参数皆至少包括功率电流、功率电压、所述测试支路的工作时长以及工况循环次数；在多组所述功率循环工况参数中选取一组目标功率循环工况参数，根据所述目标功率循环工况参数控制所述第一直流源以及所述支路切换控制器执行功率循环测试，所述第一直流源用于调整功率电流，所述支路切换控制器用于调整所述测试支路以及所述切出支路的通断状态；接收并记录测试数据以及测试参数，所述测试数据包括第一电压数据、第二电压数据以及电流数据，所述测试参数包括当前工况序号、当前工况循环次数、工况循环总次数。6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：显示所述测试数据以及所述测试参数。7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：当所述当前工况循环次数与所述工况循环次数一致，在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，以使得所述第一直流源以及所述支路切换控制器根据所述下一组目标功率循环工况参数执行所述功率循环测试。8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，包括以下步骤：获取所述当前工况序号；根据所述当前工况序号在多组所述功率循环工况参数中进行选取，得到所述下一组目标功率循环工况参数。9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述在多组所述功率循环工况参数中选取下一组目标功率循环工况参数，包括以下步骤：
在多组所述功率循环工况参数中随机获取，得到所述下一组目标功率循环工况参数。10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述下一组目标功率循环工况参数中的工况循环次数，由以下步骤获得：随机获取所述工况循环次数；将随机获取的所述工况循环次数记作所述下一组目标功率循环工况参数中的所述工况循环次数。
技术总结本发明公开了一种电力电子器件变工况功率循环测试系统及控制方法，系统包括：第一直流源，用于调整主回路功率电流；测试支路，包括第一可控开关、被测器件与第二直流源，第二直流源与被测器件并联后共同与第一可控开关的一端连接，第一可控开关的另一端与第一直流源连接；切出支路，包括串联的第二可控开关与阻抗匹配器件，切出支路与测试支路并联；支路切换控制器，分别与第一可控开关以及第二可控开关连接，支路切换控制器用于调整测试支路以及切出支路的通断状态；数据处理终端，分别与第一直流源以及支路切换控制器连接。有效实现对被测器件施加的功率循环条件能够按需自动改变，支持在变工况条件下对器件开展疲劳机理、寿命等测试。寿命等测试。寿命等测试。
技术研发人员：李平 段志清 王桓
受保护的技术使用者：通达电磁能股份有限公司
技术研发日：2022.07.13
技术公布日：2022/11/1
