本發明涉及一種功率器件損耗測試方法，屬于電力電子技術領域。
背景技術：
隨著電力電子技術的不斷發展，電力電子器件越來越趨于高頻、大功率和高集成化。研究器件損耗可以為功率變換裝置系統中器件選型和散熱設計提供指導，同時為優化系統工作效率提供重要依據。
近些年來，電力電子器件損耗研究一直是電力電子領域中非常重要的一個研究方向，當前應用較多的研究方法是基于器件數據手冊中給出的數據估算器件損耗。該方法依賴于電力電子器件廠家提供的手冊，通過實際工況與控制方式確定電壓、電流和占空比等參數，然后選擇功率器件。通過對應功率器件數據手冊中功率器件的特性曲線，根據實際條件查找對應的損耗數據。例如中國發明專利申請公開說明書(cn201510900848.4)于2017年5月10日公開的《一種sicmosfet三電平逆變電路損耗計算方法》，該方法就是根據已知所使用的sicmosfet器件在額定狀態下的特性參數，估算各種條件下的功率損耗。然而不同器件制造商所提供的測試條件各異，手冊中的損耗參數或曲線是標準測試環境下提取的，與實際工況難免有很大差距，準確性不高。
中國發明專利申請公開說明書(cn201610822936.1)于2017年2月15日公開的《一種現場測量變流器igbt模塊損耗的方法》采用的是變流器輸入端并聯直流電容，在實驗過程中記錄兩種不同開關頻率下直流電容兩端電壓隨時間的變化曲線，利用能量守恒定律的原理得到開關管損耗。但是這種測試方法需要保證電氣測量設備能夠準確采集所需信息，其準確性受到測量設備精度等外在條件的限制。
萊昂內爾霍夫曼在2014年5月發表在ieeetransactionsonpowerelectronics(ieee電力電子學會刊)上的文獻“optimizationofthedriverofganpowertransistorsthroughmeasurementoftheirthermalbehavior”(“通過熱測試的方法優化氮化鎵功率晶體管的驅動”)上提出一種通過熱測試來得到器件損耗的方法。該方法通過測試固定在器件上的圓柱金屬塊的起始溫度，間接測得器件的損耗。然而該測試方法沒有考慮到環境溫度對測試結果的影響，同時由于在功率器件剛開始工作時，起始溫度變化并不穩定，導致了測試結果誤差的產生。
技術實現要素：
本發明要解決的問題就是克服上述方案的局限性，提出一種功率器件損耗測試方法。該方法通過在實際工作環境中測試待測器件對應的立方體金屬塊溫差，去除了環境溫度和起始溫度變化不穩定的影響，得到準確的功率器件損耗數據。
為解決本發明的技術問題，所采用的技術方案主要步驟如下：
一種功率器件損耗測試方法，本測試方法所涉及的測試裝置包括待測功率器件、立方體金屬塊、第一溫度探頭、第二溫度探頭、隔熱材料和導熱膠墊；所述導熱膠墊粘接在立方體金屬塊的上端面上，所述立方體金屬塊除上端面以外的五個面上都包裹有隔熱材料；所述第一溫度探頭裝在立方體金屬塊上端面與導熱膠墊之間，所述第二溫度探頭在立方體金屬塊下端面與其包裹在外的隔熱材料之間，所述待測功率器件置于導熱膠墊的上端面上；
本測試方法的主要步驟如下：
步驟1，將直流源輸出電流設置值按照待測功率器件的額定電流值ia均分為f份，得到直流源輸出電流設置值數組如下：
b＝{im|im＝m×δi,m＝1,2…f}，imin≤im≤imax
其中δi為將待測功率器件額定電流值ia均分得到的直流源輸出電流設置值的差值，f為將待測功率器件額定電流值ia按照差值δi均分得到的直流源輸出電流設置值個數，將直流源輸出電流設置值數組b中的f個直流源輸出電流設置值記為im，m為直流源輸出電流設置值數組b中直流源輸出電流設置值按從小到大排序所對應的直流源輸出電流設置值序列號，m＝1,2…f，f為正整數；imax為損耗測試所允許的最大直流源輸出電流設置值，imin為損耗測試所允許的最小直流源輸出電流設置值，imin＞0；
步驟2，根據步驟1的設定，將所述直流源輸出電流設置值im加在所述待測功率器件兩端，使直流源與待測功率器件構成回路，保持所述待測功率器件處于導通狀態，并進行如下測試：
1)實時測試所述待測功率器件兩端的電壓um，m＝1,2…f，將所測得的電壓um與所述直流源輸出電流設置值im相乘得到該瞬間的功率損耗值pm，m＝1,2…f；
2)從所述回路有電流通過時起，實時讀取第一溫度探頭測試得到的第n1秒第一溫度tamn1、第n2秒第一溫度tamn2以及第二溫度探頭測試得到的第n1秒第二溫度tbmn1和第n2秒第二溫度tbmn2，并計算溫度差tm，tm＝(tbmn2-tamn2)-(tbmn1-tamn1)，m＝1,2…f；
步驟3，根據將步驟2得到的損耗值pm和溫度差tm擬合出橫坐標為tm、縱坐標為pm的pm-tm變化曲線；
步驟4，將所述待測功率器件處于實際工作電路中，從所述回路有電流通過時起，實時讀取第一溫度探頭測試得到的第n1秒實際第一溫度tasn1、第n2秒實際第一溫度tasn2以及第二溫度探頭測試得到的第n1秒實際第二溫度tbsn1、第n2秒實際第二溫度tbsn2，并計算實際溫度差ts，ts＝(tbsn2-tasn2)-(tbsn1-tasn1)；
步驟5，在步驟3中得到的pm-tm變化曲線中，根據步驟4得到的實測溫度差ts的數值找到對應的pm值，定義該pm值為待測功率器件的實際損耗值ps。
優選的，步驟1中的直流源輸出電流差值δi為待測功率器件額定電流值ia的5％，損耗測試所允許的最大直流源輸出電流設置值imax為待測功率器件額定電流值ia的95％，即待測功率器件額定電流值ia減去直流源輸出電流差值δi，損耗測試所允許的最小直流源輸出電流設置值imin為待測功率器件額定電流值ia的5％，即直流源輸出電流差值δi。
優選地，所述n1為30，所述n2為90。
本發明公開了一種功率器件損耗測試方法。該方法通過在實際工作環境中測試待測器件對應的立方體金屬塊溫差，可以得到準確的功率器件損耗。與現有技術相比，本發明具有以下優勢：
1)本發明所提出的損耗測試是在實際工況下獲得的，能夠滿足和適應任何工況下的測試需求。
2)本發明是通過溫度測試間接得到準確的損耗值，不存在由于電氣測量設備(如示波器)精度和延遲造成的測量誤差。
3)本發明的溫度測試通過采用溫差數據，避免了環境溫度對測試結果的影響。
4)本發明的溫度測試范圍為30秒到90秒，避免了起始溫度不穩定的影響，同時保證測試時間足夠短，使得其余散熱回路對溫度測試結果的影響可忽略。
附圖說明
圖1是本發明實施例的裝置結構圖。
附圖標記說明：
1：待測功率器件；
2：立方體金屬塊；
3：第一溫度探頭；
4：第二溫度探頭；
5：隔熱材料；
6：導熱膠墊。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明作進一步清楚、完整地描述。
圖1為本發明實施例的裝置結構圖，由該圖可見，本測試方法所涉及的測試裝置包括待測功率器件1、立方體金屬塊2、第一溫度探頭3、第二溫度探頭4、隔熱材料5和導熱膠墊6；所述導熱膠墊6粘接在立方體金屬塊2的上端面上，所述立方體金屬塊2除上端面以外的五個面上都包裹有隔熱材料5；所述第一溫度探頭3裝在立方體金屬塊2上端面與導熱膠墊6之間，所述第二溫度探頭4在立方體金屬塊2下端面與將立方體金屬塊2包裹在其中的隔熱材料5之間，所述待測功率器件1置于導熱膠墊6的上端面上。
本發明實施過程包括損耗校正測試和實際電路測試，具體為5個步驟，其中步驟1-3為損耗校正測試，4-5為實際測試部分。
步驟1，將直流源輸出電流設置值按照待測功率器件1的額定電流值ia均分為f份，得到直流源輸出電流設置值數組如下：
b＝{im|im＝m×δi,m＝1,2…f}，imin≤im≤imax
其中δi為將待測功率器件額定電流值ia均分得到的直流源輸出電流設置值的差值，f為將待測功率器件額定電流值ia按照差值δi均分得到的直流源輸出電流設置值個數，將直流源輸出電流設置值數組b中的f個直流源輸出電流設置值記為im，m為直流源輸出電流設置值數組b中直流源輸出電流設置值按從小到大排序所對應的直流源輸出電流設置值序列號，m＝1,2…f，f為正整數；imax為損耗測試所允許的最大直流源輸出電流設置值，imin為損耗測試所允許的最小直流源輸出電流設置值，imin＞0。
在本實施例中，直流源輸出電流差值δi為待測功率器件額定電流值ia的5％，損耗測試所允許的最大直流源輸出電流設置值imax為待測功率器件額定電流值ia的95％，損耗測試所允許的最小直流源輸出電流設置值imin為直流源輸出電流差值δi，即首次測試時取待測功率器件額定電流值ia的5％為直流源輸出電流設置值，f＝19次。
步驟2，根據步驟1的設定，將所述直流源輸出電流設置值im加在所述待測功率器件1兩端，使直流源與待測功率器件1構成回路，保持所述待測功率器件1處于導通狀態，并進行如下測試：
1)實時測試所述待測功率器件1兩端的電壓um，m＝1,2…19，將所測得的電壓um與所述直流源輸出電流設置值im相乘得到該瞬間的功率損耗值pm，m＝1,2…19；
2)從所述回路有電流通過時起，實時讀取第一溫度探頭3測試得到的第n1秒第一溫度tamn1、第n2秒第一溫度tamn2以及第二溫度探頭4測試得到的第n1秒第二溫度tbmn1和第n2秒第二溫度tbmn2，并計算溫度差tm，tm＝(tbmn2-tamn2)-(tbmn1-tamn1)，m＝1,2…19。在本實施例中，n1＝30，n2＝90，即取第30秒和第90秒作為測試時間。
步驟3，根據將步驟2得到的損耗值pm和溫度差tm擬合出橫坐標為tm、縱坐標為pm的pm-tm變化曲線。
步驟4，將所述待測功率器件1處于實際工作電路中，從所述回路有電流通過時起，實時讀取第一溫度探頭3測試得到的第n1秒實際第一溫度tasn1、第n2秒實際第一溫度tasn2以及第二溫度探頭4測試得到的第n1秒實際第二溫度tbsn1、第n2秒實際第二溫度tbsn2，并計算實際溫度差ts，ts＝(tbsn2-tasn2)-(tbsn1-tasn1)。與上相同，在本實施例中，n1＝30，n2＝90，即取第30秒和第90秒作為測試時間。
步驟5，在步驟3中得到的pm-tm變化曲線中，根據步驟4得到的實測溫度差ts的數值找到對應的pm值，定義該pm值為待測功率器件1的實際損耗值ps，測試結束。
在本實施例中，n1＝30，n2＝90,即取第30秒和第90秒作為測試時間。避免了起始溫度不穩定的影響，同時保證測試時間足夠短，使得其余散熱回路對溫度測試結果的影響可忽略。