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电力电子/电源综合测试方案
电力电子/电源综合测试方案
产品描述:

电力电子器件(Power Electronic Device)又称为功率半导体器件,主要用于电力设备的电能变换和控制电路方面的大功率电子器件(通常指电流为数十至数千安,电压为数百伏以上),其中最典型的应用是IGBT器件。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。


电力电子的高压、大电流、高噪声对测量仪器与操作人员的安全与数据准确度构成了巨大的挑战,随着电力电子在能源、电力驱动等方面的大范围市场化,从而要求研发与测试人员以最快的速度提供市场所需的成熟产品,但因为电力电子的高危特点不可避免的需要在实验平台搭建、故障分析等方面消耗大量的时间与精力;再者高压与大电流、大功率、超噪声的实验环境对测试仪器提出了巨大的挑战,以前在弱电环境下适用的仪器平台可能完全没有用武之地,力高捷创仪器正是基于根据多年来与电气工程师的沟通与配合,了解电力电子测试的问题所在,适时的推出针对电力电子的综合测试方案:


1、关注效率提升:

     在电力电子中开关器件的开关损耗与磁元件的磁损是影响整机效率的最大因素;依据我们的方案是:

    A:关于IGBT / 宽禁带功率器件的器件参数评估(功率半导体图示仪与探针台系统)

    B:开关器件的在路动态波形评估(24CH光纤高压浮地隔离多通道示波器方案DM-8000及高性能光纤隔离示波器前端探头DM-600)

    C:全4球最高带宽最大差分电压的PMK BUMBLEBEE 400 400MHZ/6KV 高压隔离差分探头

    D:软磁元件(磁芯\功率电感器)的交流B-H 全参数评价 SY-8218系列

2、关注电参数评价与控制闭环的频率响应方案:

    A:提供多种频率带宽,多种通道组合,多种电压与电流量程的功率分析仪产品PPA系列

    B:针对电路控制电路的调整,提供频率响应分析仪带评估电路控制环路的幅频与相频特性。

                                                                          电力电子综合测量方案






一、磁元件损耗

电源中的磁性元件一般就是指电感与变压器,这类电感类元件在电力电子应用中发挥了非常关键的作用,但因为其单位损耗比较大,加上整机用量大,所以对整机的效率影响非常大。

初级测试方案:定位为预算在50万元以下,只关注磁损情况,精度低,选择进口仪器或多功能的国产仪器。

1、V-A-W方案:
  英国磁损功耗仪 PPA2510+日本NF高精度功率放大器 HSA4014-IW(或国产新风光WL3866)

2、国产方案:200KHZ
  以下的铁氧体磁芯损耗,BS,B-H曲线等多功能测量

3、专业测试方案:全面评估磁芯产品的B-H,磁损PC
  LOSS,Bs等,测量仪器与数据符合国际标准,精度高。

CROSS-POWER(IEC62044-3)1MHZ频率以下方案:
  IWATSU SY-8219/HAS-4014IW/SY-810/SY-509/PC SYSTEM

CROSS-POWER(IEC62044-3)10MHZ频率以下方案:IWATSU
  SY-8218/IE-1125/SY-810/SY-509/PC SYSTEM

CROSS-POWER(IEC62044-3)高低温(-30/150度)自动化测试方案:SY-320/SY-321



二、半导体功率器件参数测量,IGBT/VDMOS…

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor),绝缘栅双极型晶体管,是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低,载流密度大,但驱动电流较大;MOSFET驱动功率很小,开关速度快,但导通压降大,载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点,驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。

IGBT/SIC-IGBT等硅基大功率半导体器件测试评价方案:
     1、芯片级阶段--ON-WAFER 探针台与静态图示仪组成封装前电参数特性测试: 
        推荐方案:美国CASCADE CT-3200/3300 TESLA高功率半导体ON-WAFER 探针系统。
        适用流程:VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件研究开发阶段的分析测试
                       
VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件预生产及生产、品质检查、FA不良性分析等工厂生产阶段的测试与分析 

CASCADE-IWATSU ON-WAFER 测试方案:

应用范围:IGBT\SIC\DIODE\MOSFET等功率半导体分立器件的封装前性能测试

      2、成品级(封装后工序)器件静态参数测试,输出曲线、耐压与漏电流等静态参数评价 
        推荐方案:IWATSU:CS-3100/3200/3300(电压3000V级,电流1000A),CS-5100/5200/5300/5400(电压5000V,电流1500A),CS-10800(电压最高15000V,最流电高8000A)
  
适用流程:VD-MOS/IGBT/SIC等功率半导体器件出厂品质检查、FA不良性分析、RMA返厂FA分析等工厂生产后工序阶段的测试与分析
 
     3、器件应用层(用户)-- 变流器/变频器等电力电子集成方案研发层面 
        
推荐方案:IWATSU:CS-3100/3200/3300(电压3000V级,电流1000A),CS-5100/5200/5300/5400(电压5000V,电流1500A)
  
适用流程:电力电子产品IQC品质工程师评估VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET 的差异性,评估器件性能。       
                 
电力电子产品研发工程师评估VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET 的差异性,保证研发数据调整。          
                  
电力电子产品研发工程师找出VD-MOS/IGBT/SIC器件实际参数与DATASHEET的性能空间,如耐压值等,降低器件成本设计。 




三、负反馈控制环路的频响分析

开关电源依靠反馈控制环路来保证在不同的负载情况下得到所需的电压和电流。反馈控制环路的设计影响到许多因素,包括电压调整、稳定性和瞬态响应。
  当某个反馈控制环路在某个频率的环路增益为单位增益或更高且总的相位延迟等于360 时,反馈控制环路将会产生振荡。稳定性通常用下面两个参数来衡量:
  相位裕量:当环路增益为单位增益时实际相位延迟与360 间的差值,以度为单位表示。 增益裕量:当总相位延迟为360 时,增益低于单位增益的量,以分贝为单位表示。

 



四、电力电子测试用高压探头、大电流探头

推荐方案:高压探头:IWATSU
   DM-600隔离多通道高压探头,HV-P30(30KV),HV-P60(60KV),大电流探头:SS-280系列高性能罗氏柔性探头

          

  DM-6000 多通道光纤隔离高压探头:可以匹配所有主流品牌的示波器产品进行多通道高压/超高压安全浮地测试。



五、功率参数与谐波分析

单位时间内电路中电场驱动电流所作的功。若直流电路两端的电压为U,流过该段电路的稳恒电流为I,则单位时间内电场力驱动电流所作的功为
 P=IU。电功率的单位是“瓦(特)”(W)或“千瓦”(kW)。 

推荐方案:N4L PPA510,PPA520,PPA530,PPA1510,PPA1520,PPA1530;美国XITRON 思创 2801,2802,2574AH


六、变频与电机拖动

电机参数测量measurement of motor parameters
  指对直流或交流电机电流、电压和功率等参数的测量。在现代工业应用中PWM波驱动的变频电机成为驱动与控制最为重要的部件,其关键电参数、谐波及效率成为最为重要的评价指标;与之配套的驱动变频器产品同样需要关注其电参数、THD关谐波失真、效率、基波功率等关键参数;如何正确的评价在高电气噪声环境下工作的变频器与电机参数,以及两者之间最高效的功率传递,这就需要功率分析仪具有多功能,多通道,高精度,高采样率,高耐压大电流测试,因为电机与变压器产品的电感器特性,所以也要求功率分析仪满足低功率因数情况下保证高精度的测量。

推荐仪器方案:PPA5560(6通道)/PPA
  DATALOG 软件/HF-500高精度分流器*6/TT-HV15*6/ATT20衰减器




电力电子测试测量方案特点:

1】专注核心测试技术与问题,特别关注新型功率半导体开关器件的研发、ON-WAFER 在片测试,不良失效分析,以及磁元件的综合损耗等

2】针对电力电子高压、高噪声、大电流环境的电参量安全准确捕获提供高压隔离差分探头,大电流罗氏探头,高精度分流器,多通道隔离示波器等

3】针对电力电子控制环提供高CMRR 的频率响应分析方案

4】针对电力电子驱动与拖动实验提供多通道高精度宽频带的电功率参数分析仪


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