[发明专利]一种基于开关瞬态频率信息的薄膜电容器ESL提取方法

说明书

本发明公开了一种基于开关瞬态频率信息的薄膜电容器ESL提取方法，按以下步骤进行：a、搭建碳化硅MOSFET双脉冲测试平台；其中待测电容器作为碳化硅MOSFET双脉冲测试平台的母线电容，嵌入寄生参数已知的叠层母排中；b、测量碳化硅MOSFET开通或关断瞬态的电压波形，并利用傅里叶变换，提取待测电容器与叠层母排的寄生电容之间回路所激发的电压欠阻尼振荡频率；c、根据测量的电压欠阻尼振荡频率，计算待测电容器的内部ESL。本发明搭建的碳化硅MOSFET双脉冲测试平台具有低成本与小型化的优点，在ESL的提取过程中避免了电容本体的大电流振荡，且无需额外的短路测试，具备较高的测试安全性。

技术领域

本发明涉及电力电子测试技术领域，具体为一种基于开关瞬态频率信息的薄膜电容器ESL提取方法。

背景技术

相比于电解电容器，金属化薄膜电容器的使用寿命更长，长期运行可靠性更高，作为直流母线支撑电容，广泛应用于柔性直流输电、交通牵引系统等大容量电力电子装置中。受限于生产工艺，薄膜电容器内部的等效串联电感(ESL)不可忽略，其作为支撑电容-功率器件换流回路杂散电感的主要组成部分之一，增大了功率器件开关瞬态的电压过冲与损耗，制约了变流器的设计裕度；此外，薄膜电容器的内部ESL提高了功率回路杂散电感与电容的谐振风险，导致支撑电容电流纹波激增，增加了电容及其连接件的热损毁概率。因此，准确提取薄膜电容器的内部ESL，是判断电容器生产工艺是否达标的关键步骤，且有助于定量分析电力电子变流器运行可靠性。

由于不具备精确的ESL测量方法，现有薄膜电容器的数据手册仅提供ESL的大致范围，且电容器长期运行于不同功率等级，导致使用后薄膜电容器间的ESL存在差异，数据手册的参考性较低。传统测量方法包括采用高精度LCR表或阻抗分析仪直接测量，然而由于薄膜电容器容值在信号级别的测量电压下难以保持稳定，且准确性受探头夹具、激励频率等多方面因素影响，导致提取结果的可信度不高。而在薄膜电容两端施加功率电压，通过测量电容放电瞬态的电压、电流振荡波形，进而间接提取ESL的实验方法有效避免了上述问题，逐渐成为薄膜电容ESL提取的主流方法。

公开号为CN108646098A的专利基于标准JB/T8168-1999中的ESL测量方法，提出了一种检测自愈式金属化膜电容内部ESL的实验方法；这种测量方法有一定的缺点与局限性：(1)振荡电流由薄膜电容本体激发，放电电流峰值高达kA级别，测试条件相对危险，难以用于测量位于寿命周期末端的薄膜电容的ESL；(2)测量回路的附加电感难以完全消除，即便采用短路实验规避误差，所用的短接连接件引入的额外杂散电感仍然难以确定；(3)测试设备包含高量程电流互感器与电容放电回路，导致测试平台相对笨重，成本相对较高。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种基于开关瞬态频率信息的薄膜电容器ESL提取方法。本发明搭建的碳化硅MOSFET双脉冲测试平台具有低成本与小型化的优点，而且在ESL提取过程中避免了电容本体的大电流振荡，提高了测试安全性；此外，采用寄生参数已知的叠层母排作为待测电容器的载体，无需额外的短路实验即可几乎消除全部附加电感。

本发明的技术方案：一种基于开关瞬态频率信息的薄膜电容器ESL提取方法，按以下步骤进行：

a、搭建碳化硅MOSFET双脉冲测试平台；所述碳化硅MOSFET双脉冲测试平台包括依次串联的待测电容器、叠层母排、碳化硅肖特基势垒二极管和碳化硅MOSFET，碳化硅肖特基势垒二极管两端并联有负载电感；其中待测电容器作为碳化硅MOSFET双脉冲测试平台的母线电容，嵌入寄生参数已知的叠层母排中；

b、通过电压探头与示波器检测并采集碳化硅MOSFET开通或关断瞬态电压波形，并利用傅里叶变换，提取待测电容器与叠层母排的寄生电容之间回路所激发的电压欠阻尼振荡频率，记为f₁；

c、根据步骤b测量的电压欠阻尼振荡频率f₁，按如下公式计算待测电容器的内部ESL，记为L_ESL；