用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法。该装置包括：驱动脉冲生成器、两个试验电路、两个供能电路，每个试验电路中都有IGBT器件，两个电容的电压绝对值达到MMC中IGBT器件的工作电压后，通过电感和电容的谐振作用，使IGBT器件的通态电流符合MMC工况应力特点，在IGBT完成一个试验周期后，电容的极性发生改变，在IGBT关断后，只需给电容补充损耗的电压即可快速达到IGBT器件的工作电压，满足IGBT进行下一试验周期的需求。采用本发明的试验装置、系统及方法，能够对IGBT器件进行可靠性评估，避免因IGBT的可靠性不高导致MMC无法正常工作的问题。

权利要求

1.一种IGBT器件可靠性试验装置，其特征在于，包括：第一试验电路、第一供能电路、第二试验电路、第二供能电路和驱动脉冲生成器；

所述第一试验电路，具体包括：

第一待测器件、第一电感、第一预开通续流回路开关、第一续流二极管、第一续流二极管开关、第一预关断续流回路开关和第一预关断续流回路二极管；

所述第一预开通续流回路开关的集电极与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第一预开通续流回路开关的发射极、所述第一电感的一端、所述第一预关断续流回路二极管的阴极连接在一起，所述第一续流二极管的阳极和所述第一续流二极管开关的一端连接，所述第一续流二极管开关的另一端、所述第一电感的另一端、所述第一待测器件的集电极连接在一起，所述第一预关断续流回路二极管的阳极与所述第一预关断续流回路开关的发射极连接，所述第一预关断续流回路开关的集电极与所述第一待测器件的发射极连接；所述第一待测器件为IGBT器件；

所述第二试验电路，具体包括：

第二待测器件、第二电感、第二预开通续流回路开关、第二续流二极管、第二续流二极管开关、第二预关断续流回路开关和第二预关断续流回路二极管；

所述第二预开通续流回路开关的集电极与所述第二续流二极管的阴极连接，所述第二预开通续流回路开关的发射极、所述第二电感的一端、所述第二预关断续流回路二极管的阴极连接在一起，所述第二续流二极管的阳极和所述第二续流二极管开关的一端连接，所述第二续流二极管开关的另一端、所述第二电感的另一端、所述第二待测器件的集电极连接在一起，所述第二预关断续流回路二极管的阳极与所述第二预关断续流回路开关的发射极连接，所述第二预关断续流回路开关的集电极与所述第二待测器件的发射极连接；所述第二待测器件为IGBT器件；

所述第一供能电路，具体包括：

第一正极开关、第一负极开关和第一电容；

所述第一正极开关的一端与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第一正极开关的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一待测器件的发射极连接；所述第一负极开关的一端与所述第二待测器件的发射极连接，所述第一负极开关的另一端与所述第一电容的一端连接；

所述第二供能电路，具体包括：

第二正极开关、第二负极开关和第二电容；

所述第二正极开关的一端与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第二正极开关的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端分别与所述第二续流二极管的阴极和所述第一电容的另一端连接；所述第二负极开关的一端与所述第二待测器件的发射极连接，所述第二负极开关的另一端与所述第二电容的一端连接；

所述驱动脉冲生成器分别与所述第一预开通续流回路开关的栅极、所述第一待测器件的栅极、所述第一预关断续流回路开关的栅极、所述第二预开通续流回路开关的栅极、所述第二待测器件的栅极、所述第二预关断续流回路开关的栅极、所述第一续流二极管开关、所述第二续流二极管开关、所述第一正极开关、所述第一负极开关、所述第二正极开关和所述第二负极开关连接；

在满足第一开关组合条件或者第二开关组合条件，并且所述第一预开通续流回路开关导通、所述第一续流二极管开关闭合、所述第一预关断续流回路开关关断、所述第二预开通续流回路开关导通、所述第二续流二极管开关闭合、所述第二预关断续流回路开关关断、所述第一电容的电压绝对值和所述第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第一待测器件和所述第二待测器件导通；其中，所述第一开关组合条件为所述第一正极开关闭合且所述第一负极开关断开且所述第二负极开关闭合且所述第二正极开关断开；所述第二开关组合条件为所述第一负极开关闭合且所述第一正极开关断开且所述第二负极开关断开且所述第二正极开关闭合；

在所述第一待测器件和所述第二待测器件导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

在所述第一待测器件和所述第二待测器件导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，进行第一开关组合转换操作或进行第二开关组合转换操作，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一待测器件和所述第二待测器件关断；所述第一开关组合转换操作为所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关由断开转为闭合且所述第一正极开关由闭合转为断开且所述第二负极开关由闭合转为断开且所述第二正极开关由断开转为闭合；所述第二开关组合转换操作为所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关由闭合转为断开且所述第一正极开关由断开转为闭合且所述第二负极开关由断开转为闭合且所述第二正极开关由闭合转为断开；

在所述第一待测器件和所述第二待测器件关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

2.根据权利要求1所述的IGBT器件可靠性试验装置，其特征在于，所述第一待测器件，具体包括：

第一IGBT；

所述第一IGBT的集电极与所述第一电感的另一端连接，所述第一IGBT的发射极与所述第一电容的另一端连接，第一IGBT的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；

所述第二待测器件，具体包括：

第二IGBT；

所述第二IGBT的集电极与所述第二电感的另一端连接，所述第二IGBT的发射极与所述第二预关断续流回路开关的集电极连接，所述第二IGBT的栅极与所述驱动脉冲生成器连接。

3.根据权利要求1所述的IGBT器件可靠性试验装置，其特征在于，所述第一待测器件，具体包括：

第一IGBT和第三IGBT；

所述第一IGBT和所述第三IGBT的集电极均与所述第一电感的另一端连接，所述第一IGBT和所述第三IGBT的发射极均与所述第一电容的另一端连接，所述第一IGBT和所述第三IGBT的栅极均与所述驱动脉冲生成器连接；

所述第二待测器件，具体包括：

第二IGBT和第四IGBT；

所述第二IGBT和所述第四IGBT的集电极均与所述第二电感的另一端连接，所述第二IGBT和所述第四IGBT的发射极均与所述第二预关断续流回路开关的集电极连接，所述第二IGBT和所述第四IGBT的栅极均与所述驱动脉冲生成器连接。

4.根据权利要求1所述的IGBT器件可靠性试验装置，其特征在于，还包括：供电装置、第一供电开关和第二供电开关；

所述第一供电开关的集电极与所述供电装置的一端连接，所述第一供电开关的发射极与所述第一电容的一端连接，所述第一供电开关的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；所述供电装置的另一端与所述第一预关断续流回路开关的集电极连接；

所述第二供电开关的集电极与所述供电装置的一端连接，所述第二供电开关的发射极与所述第二电容的一端连接，所述第二供电开关的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；

所述驱动脉冲生成器用于在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断后，在所述第一电容带有正极性电压时，控制所述第一供电开关导通，并在所述第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制所述第一供电开关关断；所述驱动脉冲生成器还用于在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断后，在所述第二电容带有正极性电压时，控制所述第二供电开关导通，在所述第二电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制所述第二供电开关关断。

5.一种IGBT器件可靠性试验系统，其特征在于，包括：测量装置和如权利要求1‑4任一项所述的IGBT器件可靠性试验装置；

所述测量装置分别与所述IGBT器件可靠性试验装置中的第一待测器件和第二待测器件连接；

所述测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的应力。

6.根据权利要求5所述的IGBT器件可靠性试验系统，其特征在于，所述测量装置，具体包括：

电应力测量装置和热应力测量装置；

所述电应力测量装置分别与所述第一待测器件和所述第二待测器件连接；所述电应力测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的电应力；

所述热应力测量装置分别与所述第一待测器件和所述第二待测器件连接；所述热应力测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的热应力。

7.根据权利要求6所述的IGBT器件可靠性试验系统，其特征在于，所述电应力测量装置，具体包括：

电压测量装置和电流测量装置；

所述电压测量装置与所述第一待测器件的集电极和发射极连接，所述电压测量装置还与所述第二待测器件的集电极和发射极连接；所述电压测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的电压；

所述电流测量装置分别与所述第一待测器件的发射极和所述第二待测器件的发射极连接；所述电流测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的电流；

所述热应力测量装置，具体包括：

温度测量装置；

所述温度测量装置的非接触式传感探头对准所述第一待测器件的集电极和所述第二待测器件的集电极，所述温度测量装置的接触式传感探头放置在所述第一待测器件的外壳上和所述第二待测器件的外壳上；所述温度测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的温度。

8.一种IGBT器件可靠性试验方法，其特征在于，应用于如权利要求1‑4任一项所述的IGBT器件可靠性试验装置，所述方法包括：在第一正极开关闭合、第一负极开关断开、第二负极开关闭合、第二正极开关断开、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第一IGBT和第二IGBT导通；

在所述第一IGBT和所述第二IGBT导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

在所述第一IGBT和所述第二IGBT导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关闭合、所述第一正极开关断开、所述第二负极开关断开、所述第二正极开关闭合，并控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一IGBT和所述第二IGBT关断；

在所述第一IGBT和所述第二IGBT关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

9.根据权利要求8所述的IGBT器件可靠性试验方法，其特征在于，还包括：在第一正极开关断开、第一负极开关闭合、第二负极开关断开、第二正极开关闭合、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第三IGBT和第四IGBT导通；

在所述第三IGBT和所述第四IGBT导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

在所述第三IGBT和所述第四IGBT导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关断开、所述第一正极开关闭合、所述第二负极开关闭合、所述第二正极开关断开，并控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第三IGBT和所述第四IGBT关断；

在所述第三IGBT和所述第四IGBT关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

10.根据权利要求8所述的IGBT器件可靠性试验方法，其特征在于，在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断，之后还包括：当所述第一电容带有正极性电压时，所述驱动脉冲生成器控制第一供电开关导通；

在第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第一供电开关关断；

当所述第二电容带有正极性电压时，控制所述第二供电开关导通；

在第二电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第二供电开关关断。

说明书

用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力电子技术可靠性试验技术领域，特别是涉及一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法。

背景技术

[0002] 由于效率高、模块化及不需要滤波电容等优势，模块化多电平换流器(MMC)是中高压大功率应用场景中最具潜力的换流器拓扑。作为MMC中的核心部件，IGBT等功率半导体器
件的可靠性决定了MMC的可靠性。因此，在设计MMC时，需要对应用其中的功率半导体器件进
行可靠性试验。

[0003] 现有的器件级可靠性试验方案一般模拟PWM工况下的应力特点或者仅用恒定直流电流模拟结温波动，大都无法提供功率半导体器件在MMC工况下的应力模式。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法，能够实现IGBT器件在MMC工况下持续工作，进而对IGBT器件进行可靠性评估。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

[0006] 一种IGBT器件可靠性试验装置，包括：

[0007] 第一试验电路、第一供能电路、第二试验电路、第二供能电路和驱动脉冲生成器；

[0008] 所述第一试验电路，具体包括：

[0009] 第一待测器件、第一电感、第一预开通续流回路开关、第一续流二极管、第一续流二极管开关、第一预关断续流回路开关和第一预关断续流回路二极管；

[0010] 所述第一预开通续流回路开关的集电极与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第一预开通续流回路开关的发射极、所述第一电感的一端、所述第一预关断续流回路二极
管的阴极连接在一起，所述第一续流二极管的阳极和所述第一续流二极管开关的一端连
接，所述第一续流二极管开关的另一端、所述第一电感的另一端、所述第一待测器件的集电
极连接在一起，所述第一预关断续流回路二极管的阳极与所述第一预关断续流回路开关的
发射极连接，所述第一预关断续流回路开关的集电极与所述第一待测器件的发射极连接；
所述第一待测器件为IGBT器件；

[0011] 所述第二试验电路，具体包括：

[0012] 第二待测器件、第二电感、第二预开通续流回路开关、第二续流二极管、第二续流二极管开关、第二预关断续流回路开关和第二预关断续流回路二极管；

[0013] 所述第二预开通续流回路开关的集电极与所述第二续流二极管的阴极连接，所述第二预开通续流回路开关的发射极、所述第二电感的一端、所述第二预关断续流回路二极
管的阴极连接在一起，所述第二续流二极管的阳极和所述第二续流二极管开关的一端连
接，所述第二续流二极管开关的另一端、所述第二电感的另一端、所述第二待测器件的集电
极连接在一起，所述第二预关断续流回路二极管的阳极与所述第二预关断续流回路开关的
发射极连接，所述第二预关断续流回路开关的集电极与所述第二待测器件的发射极连接；
所述第二待测器件为IGBT器件；

[0014] 所述第一供能电路，具体包括：

[0015] 第一正极开关、第一负极开关和第一电容；

[0016] 所述第一正极开关的一端与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第一正极开关的另一端与所述第一电容的一端连接，所述第一电容的另一端与所述第一待测器件的发射
极连接；所述第一负极开关的一端与所述第二待测器件的发射极连接，所述第一负极开关
的另一端与所述第一电容的一端连接；

[0017] 所述第二供能电路，具体包括：

[0018] 第二正极开关、第二负极开关和第二电容；

[0019] 所述第二正极开关的一端与所述第一续流二极管的阴极连接，所述第二正极开关的另一端与所述第二电容的一端连接，所述第二电容的另一端分别与所述第二续流二极管
的阴极和所述第一电容的另一端连接；所述第二负极开关的一端与所述第二待测器件的发
射极连接，所述第二负极开关的另一端与所述第二电容的一端连接；

[0020] 所述驱动脉冲生成器分别与所述第一预开通续流回路开关的栅极、所述第一待测器件的栅极、所述第一预关断续流回路开关的栅极、所述第二预开通续流回路开关的栅极、
所述第二待测器件的栅极、所述第二预关断续流回路开关的栅极、所述第一续流二极管开
关、所述第二续流二极管开关、所述第一正极开关、所述第一负极开关、所述第二正极开关
和所述第二负极开关连接；

[0021] 在满足第一开关组合条件或者第二开关组合条件，并且所述第一预开通续流回路开关导通、所述第一续流二极管开关闭合、所述第一预关断续流回路开关关断、所述第二预
开通续流回路开关导通、所述第二续流二极管开关闭合、所述第二预关断续流回路开关关
断、所述第一电容的电压绝对值和所述第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的
工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第一待测器件和所述第二待测器件导通；其中，
所述第一开关组合条件为所述第一正极开关闭合且所述第一负极开关断开且所述第二负
极开关闭合且所述第二正极开关断开；所述第二开关组合条件为所述第一负极开关闭合且
所述第一正极开关断开且所述第二负极开关断开且所述第二正极开关闭合；

[0022] 在所述第一待测器件和所述第二待测器件导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

[0023] 在所述第一待测器件和所述第二待测器件导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并
在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，控制所述第一预
开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

[0024] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，进行第一开关组合转换操作或进行第二开关组合转换操作，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续
流二极管开关和所述第二续流二极管开关闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一
待测器件和所述第二待测器件关断；所述第一开关组合转换操作为所述驱动脉冲生成器控
制所述第一负极开关由断开转为闭合且所述第一正极开关由闭合转为断开且所述第二负
极开关由闭合转为断开且所述第二正极开关由断开转为闭合；所述第二开关组合转换操作
为所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关由闭合转为断开且所述第一正极开关由断
开转为闭合且所述第二负极开关由断开转为闭合且所述第二正极开关由闭合转为断开；

[0025] 在所述第一待测器件和所述第二待测器件关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

[0026] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

[0027] 可选的，

[0028] 所述第一待测器件，具体包括：

[0029] 第一IGBT；

[0030] 所述第一IGBT的集电极与所述第一电感的另一端连接，所述第一IGBT的发射极与所述第一电容的另一端连接，第一IGBT的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；

[0031] 所述第二待测器件，具体包括：

[0032] 第二IGBT；

[0033] 所述第二IGBT的集电极与所述第二电感的另一端连接，所述第二IGBT的发射极与所述第二预关断续流回路开关的集电极连接，所述第二IGBT的栅极与所述驱动脉冲生成器
连接。

[0034] 可选的，

[0035] 所述第一待测器件，具体包括：

[0036] 第一IGBT和第三IGBT；

[0037] 所述第一IGBT和所述第三IGBT的集电极均与所述第一电感的另一端连接，所述第一IGBT和所述第三IGBT的发射极均与所述第一电容的另一端连接，所述第一IGBT和所述第
三IGBT的栅极均与所述驱动脉冲生成器连接；

[0038] 所述第二待测器件，具体包括：

[0039] 第二IGBT和第四IGBT；

[0040] 所述第二IGBT和所述第四IGBT的集电极均与所述第二电感的另一端连接，所述第二IGBT和所述第四IGBT的发射极均与所述第二预关断续流回路开关的集电极连接，所述第
二IGBT和所述第四IGBT的栅极均与所述驱动脉冲生成器连接。

[0041] 可选的，还包括：

[0042] 供电装置、第一供电开关和第二供电开关；

[0043] 所述第一供电开关的集电极与所述供电装置的一端连接，所述第一供电开关的发射极与所述第一电容的一端连接，所述第一供电开关的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；
所述供电装置的另一端与所述第一预关断续流回路开关的集电极连接；

[0044] 所述第二供电开关的集电极与所述供电装置的一端连接，所述第二供电开关的发射极与所述第二电容的一端连接，所述第二供电开关的栅极与所述驱动脉冲生成器连接；

[0045] 所述驱动脉冲生成器用于在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断后，在所述第一电容带有正极性电压时，控制所述第一供电开关导通，并在
所述第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制所述第一供电开关关断；
所述驱动脉冲生成器还用于在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路
开关关断后，在所述第二电容带有正极性电压时，控制所述第二供电开关导通，在所述第二
电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制所述第二供电开关关断。

[0046] 本发明还提供一种IGBT器件可靠性试验系统，包括：

[0047] 测量装置和上述的IGBT器件可靠性试验装置；

[0048] 所述测量装置分别与所述IGBT器件可靠性试验装置中的第一待测器件和第二待测器件连接；

[0049] 所述测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的应力。

[0050] 可选的，所述测量装置，具体包括：

[0051] 电应力测量装置和热应力测量装置；

[0052] 所述电应力测量装置分别与所述第一待测器件和所述第二待测器件连接；所述电应力测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的电应力；

[0053] 所述热应力测量装置分别与所述第一待测器件和所述第二待测器件连接；所述热应力测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的热应力。

[0054] 可选的，

[0055] 所述电应力测量装置，具体包括：

[0056] 电压测量装置和电流测量装置；

[0057] 所述电压测量装置与所述第一待测器件的集电极和发射极连接，所述电压测量装置还与所述第二待测器件的集电极和发射极连接；所述电压测量装置用于测量在MMC工况
下，所述第一待测器件和所述第二待测器件的电压；

[0058] 所述电流测量装置分别与所述第一待测器件的发射极和所述第二待测器件的发射极连接；所述电流测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一待测器件和所述第二待测器
件的电流。

[0059] 所述热应力测量装置，具体包括：

[0060] 温度测量装置；

[0061] 所述温度测量装置的非接触式传感探头对准所述第一待测器件的集电极和所述第二待测器件的集电极，所述温度测量装置的接触式传感探头放置在所述第一待测器件的
外壳上和所述第二待测器件的外壳上；所述温度测量装置用于测量在MMC工况下，所述第一
待测器件和所述第二待测器件的温度。

[0062] 本发明还提供一种IGBT器件可靠性试验方法，应用于上述的IGBT器件可靠性试验装置，所述方法包括：

[0063] 在第一正极开关闭合、第一负极开关断开、第二负极开关闭合、第二正极开关断开、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关
断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关
断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压
时，驱动脉冲生成器控制第一IGBT和第二IGBT导通；

[0064] 在所述第一IGBT和所述第二IGBT导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

[0065] 在所述第一IGBT和所述第二IGBT导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并在所述第
一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，控制所述第一预开通续流
回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

[0066] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关闭合、所述第一正极开关断开、所述第二负极开关断
开、所述第二正极开关闭合，并控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关
闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一IGBT和所述第二IGBT关断；

[0067] 在所述第一IGBT和所述第二IGBT关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

[0068] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

[0069] 可选的，还包括：

[0070] 在第一正极开关断开、第一负极开关闭合、第二负极开关断开、第二正极开关闭合、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关
断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关
断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压
时，驱动脉冲生成器控制第三IGBT和第四IGBT导通；

[0071] 在所述第三IGBT和所述第四IGBT导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关断开；

[0072] 在所述第三IGBT和所述第四IGBT导通时间达到预设导通时间后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通，并在所述第
一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制
所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断；

[0073] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一负极开关断开、所述第一正极开关闭合、所述第二负极开关闭
合、所述第二正极开关断开，并控制所述第一续流二极管开关和所述第二续流二极管开关
闭合，然后，所述驱动脉冲生成器控制所述第三IGBT和所述第四IGBT关断；

[0074] 在所述第三IGBT和所述第四IGBT关断后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通；

[0075] 在所述第一预开通续流回路开关和所述第二预开通续流回路开关导通后，所述驱动脉冲生成器控制所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断。

[0076] 可选的，在所述第一预关断续流回路开关和所述第二预关断续流回路开关关断，之后还包括：

[0077] 当所述第一电容带有正极性电压时，所述驱动脉冲生成器控制第一供电开关导通；

[0078] 在第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第一供电开关关断；

[0079] 当所述第二电容带有正极性电压时，控制所述第二供电开关导通；

[0080] 在第二电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，所述驱动脉冲生成器控制所述第二供电开关关断。

[0081] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0082] 本发明提出了一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置，该装置包括驱动脉冲生成器、两个试验电路、两个供能电路，每个试验电路中都有IGBT器件，本发明通过该装置对
处于MMC工况中的IGBT器件进行可靠性试验，在进行可靠性试验时，首先需要第一电容和第
二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压，然后通过电感和电容的谐振作
用，使IGBT器件的通态电流符合MMC工况应力特点，同时通过电容切换，使得IGBT器件的开
关瞬态符合MMC工况应力特点，进而实现对处于工作状态的IGBT进行可靠性评估。在IGBT完
成一个试验周期后，电容的极性发生改变，通过正极开关和负极开关的转换，使得IGBT获得
关断电压，在IGBT关断后，只需给电容补充损耗的电压即可快速达到IGBT器件的工作电压，
满足IGBT进行下一试验周期的需求。本发明的装置能够持续使IGBT在MMC工况下工作，能够
对IGBT器件进行可靠性评估，避免因IGBT的可靠性不高导致MMC无法正常工作的问题。另
外，本发明的装置仅需2个电容，能够提高元件利用率，同时降低了装置成本。

[0083] 此外，本发明用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置，第一待测器件和第二待测器件即可为1个IGBT，也可以为2个IGBT，由于一个IGBT所用时间为标准工况下的一半，另一半的
时间可以由另一个IGBT进行可靠性试验，这样，本发明的装置便可一次性对4个IGBT进行测
量，大大提高了测量效率。

[0084] 本发明提出了一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验系统，该系统包括测量装置和用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置，通过测量装置的设置，能够对IGBT的应力进行测量，
通过对IGBT器件进行可靠性评估，避免因IGBT的可靠性不高导致MMC无法正常工作的问题。

[0085] 进一步的，本发明的系统能够对IGBT的电压、电流和温度进行测量，通过对IGBT在MMC工况下的运行情况进行监测，能够从电压、电流和温度三个方面发现IGBT器件存在的问
题。

[0086] 本发明提出了一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验方法，在电容电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，首先对第一试验电路中的一个IGBT以及第二试验电路中的一个
IGBT进行可靠性试验，通过持续使IGBT在MMC工况下工作，能够对一对IGBT器件进行可靠性
评估，避免因IGBT的可靠性不高导致MMC无法正常工作的问题。

[0087] 进一步对第一试验电路中的另一个IGBT和第二试验电路中的另一个IGBT进行可靠性试验，通过持续使IGBT在MMC工况下工作，能够对另一对IGBT器件进行可靠性评估，通
过一次性对4个IGBT进行测量，大大提高了测量效率。

[0088] 此外，通过驱动脉冲生成器控制第一供电开关和第二供电开关导通，从而对第一电容和第二电容在工作过程中产生的电压损耗进行补偿，能够自动进行下一周期的可靠性
试验，无需人工干预，节省了人力。

附图说明

[0089] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施
例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图
获得其他的附图。

[0090] 图1为本发明实施例中用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置结构图；

[0091] 图2为本发明实施例中用于MMC的IGBT器件可靠性试验方法流程图；

[0092] 图3为本发明实施例中IGBT上的电应力波形图；

[0093] 图4为本发明实施例中低损耗的MMC用功率半导体器件可靠性评估试验装置时序图；

[0094] 图5为本发明实施例中两个电容上的应力波形图；

[0095] 符号说明：

[0096] BUS+为正极母线，BUS‑为负极母线，Ton为第一预开通续流回路开关，D为第一续流二极管，SD为第一续流二极管开关，L为第一电感，Doff为第一预关断续流回路二极管，Toff为
第一预关断续流回路开关，DUT1为第一IGBT，DUT1’为第二IGBT，DUT2为第三IGBT，DUT2’为
第四IGBT，Ton’为第二预开通续流回路开关，D’为第二续流二极管，SD’为第二续流二极管开
关，L’为第二电感，Toff’为第二预关断续流回路开关，Doff’为第二预关断续流回路二极管，
C1为第一电容，SC1为第一正极开关，SC1’为第一负极开关，C2为第二电容，SC2为第二正极开
关，SC2’为第二负极开关。

具体实施方式

[0097] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于
本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他
实施例，都属于本发明保护的范围。

[0098] 本发明的目的是提供一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置、系统及方法，能够实现IGBT器件在MMC工况下持续工作，进而对IGBT器件进行可靠性评估。

[0099] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0100] 实施例

[0101] 图1为本发明实施例中用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置结构图，如图1所示，一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置，包括：

[0102] 第一试验电路、第一供能电路、第二试验电路、第二供能电路、驱动脉冲生成器、供电装置VDC、第一供电开关TS1和第二供电开关TS2。

[0103] 第一试验电路，具体包括：第一待测器件(DUT1、DUT2)、第一电感L、第一预开通续流回路开关Ton、第一续流二极管D、第一续流二极管开关SD、第一预关断续流回路开关Toff和
第一预关断续流回路二极管Doff。

[0104] 第一预开通续流回路开关的集电极与第一续流二极管的阴极连接，第一预开通续流回路开关的发射极、第一电感的一端、第一预关断续流回路二极管的阴极连接在一起，第
一续流二极管的阳极和第一续流二极管开关的一端连接，第一续流二极管开关的另一端、
第一电感的另一端、第一待测器件的集电极连接在一起，第一预关断续流回路二极管的阳
极与第一预关断续流回路开关的发射极连接，第一预关断续流回路开关的集电极与第一待
测器件的发射极连接；第一待测器件为IGBT器件。

[0105] 第二试验电路，具体包括：第二待测器件(DUT1’、DUT2’)、第二电感L’、第二预开通续流回路开关Ton’、第二续流二极管D’、第二续流二极管开关SD’、第二预关断续流回路开关
Toff’和第二预关断续流回路二极管Doff’。

[0106] 第二预开通续流回路开关的集电极与第二续流二极管的阴极连接，第二预开通续流回路开关的发射极、第二电感的一端、第二预关断续流回路二极管的阴极连接在一起，第
二续流二极管的阳极和第二续流二极管开关的一端连接，第二续流二极管开关的另一端、
第二电感的另一端、第二待测器件的集电极连接在一起，第二预关断续流回路二极管的阳
极与第二预关断续流回路开关的发射极连接，第二预关断续流回路开关的集电极与第二待
测器件的发射极连接；第二待测器件为IGBT器件。

[0107] 第一供能电路，具体包括：第一正极开关SC1、第一负极开关SC1’和第一电容C1。

[0108] 第一正极开关的一端与第一续流二极管的阴极连接，第一正极开关的另一端与第一电容的一端连接，第一电容的另一端与第一待测器件的发射极连接；第一负极开关的一
端与第二待测器件的发射极连接，第一负极开关的另一端与第一电容的一端连接。

[0109] 第二供能电路，具体包括：第二正极开关SC2、第二负极开关SC2’和第二电容C2。

[0110] 第二正极开关的一端与第一续流二极管的阴极连接，第二正极开关的另一端与第二电容的一端连接，第二电容的另一端分别与第二续流二极管的阴极和第一电容的另一端
连接；第二负极开关的一端与第二待测器件的发射极连接，第二负极开关的另一端与第二
电容的一端连接。

[0111] 驱动脉冲生成器分别与第一预开通续流回路开关的栅极、第一待测器件的栅极、第一预关断续流回路开关的栅极、第二预开通续流回路开关的栅极、第二待测器件的栅极、
第二预关断续流回路开关的栅极、第一续流二极管开关、第二续流二极管开关、第一正极开
关、第一负极开关、第二正极开关和第二负极开关连接。

[0112] 第一供电开关的集电极与供电装置的一端连接，第一供电开关的发射极与第一电容的一端连接，第一供电开关的栅极与驱动脉冲生成器连接；供电装置的另一端与第一预
关断续流回路开关的集电极连接；第二供电开关的集电极与供电装置的一端连接，第二供
电开关的发射极与第二电容的一端连接，第二供电开关的栅极与驱动脉冲生成器连接。

[0113] 其中，

[0114] 供电装置为高压直流电源，并且该高压直流电源为可调直流电源。可调直流电压源的作用是为与正极试验电路相连的电容进行补能，使其恢复到预定母线电压。

[0115] 正极母线BUS+和负极母线BUS‑之间需要保持绝缘距离或者加装绝缘垫板。

[0116] 驱动脉冲生成器包括DUT1驱动脉冲生成单元、DUT2驱动脉冲生成单元、Ton驱动脉冲生成单元、Toff驱动脉冲生成单元、TS1驱动脉冲生成单元、TS2驱动脉冲生成单元、DUT1’驱
动脉冲生成单元、DUT2’驱动脉冲生成单元、Ton’驱动脉冲生成单元和Toff’驱动脉冲生成单
元。

[0117] 在满足第一开关组合条件或者第二开关组合条件，并且第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关断、第二预开通续流回路开关
导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关断、第一电容的电压绝对值和
第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第一
待测器件和第二待测器件导通；其中，第一开关组合条件为第一正极开关闭合且第一负极
开关断开且第二负极开关闭合且第二正极开关断开；第二开关组合条件为第一负极开关闭
合且第一正极开关断开且第二负极开关断开且第二正极开关闭合；

[0118] 在第一待测器件和第二待测器件导通后，驱动脉冲生成器控制第一续流二极管开关和第二续流二极管开关断开；

[0119] 在第一待测器件和第二待测器件导通时间达到预设导通时间后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关导通，并在第一预关断续流回路
开关和第二预关断续流回路开关导通后，控制第一预开通续流回路开关和第二预开通续流
回路开关关断；

[0120] 在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关关断后，进行第一开关组合转换操作或进行第二开关组合转换操作，驱动脉冲生成器控制第一续流二极管开关和第
二续流二极管开关闭合，然后，驱动脉冲生成器控制第一待测器件和第二待测器件关断；第
一开关组合转换操作为驱动脉冲生成器控制第一负极开关由断开转为闭合且第一正极开
关由闭合转为断开且第二负极开关由闭合转为断开且第二正极开关由断开转为闭合；第二
开关组合转换操作为驱动脉冲生成器控制第一负极开关由闭合转为断开且第一正极开关
由断开转为闭合且第二负极开关由断开转为闭合且第二正极开关由闭合转为断开；

[0121] 在第一待测器件和第二待测器件关断后，驱动脉冲生成器控制第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通；

[0122] 在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关关断。

[0123] 驱动脉冲生成器用于在第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关关断后，在第一电容带有正极性电压时，控制第一供电开关导通，并在第一电容的电压达到
MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制第一供电开关关断；驱动脉冲生成器还用于在第一
预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关关断后，在第二电容带有正极性电压时，
控制第二供电开关导通，在第二电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，控制第
二供电开关关断。

[0124] 其中，

[0125] 第一种情况为：

[0126] 第一待测器件，具体包括：第一IGBT(即DUT1)；第一IGBT的集电极与第一电感的另一端连接，第一IGBT的发射极与第一电容的另一端连接，第一IGBT的栅极与驱动脉冲生成
器连接。

[0127] 第二待测器件，具体包括：第二IGBT(即DUT2)；第二IGBT的集电极与第二电感的另一端连接，第二IGBT的发射极与第二预关断续流回路开关的集电极连接，第二IGBT的栅极
与驱动脉冲生成器连接。

[0128] 第二种情况为：

[0129] 第一待测器件，具体包括：第一IGBT和第三IGBT(即DUT1’)；第一IGBT和第三IGBT的集电极均与第一电感的另一端连接，第一IGBT和第三IGBT的发射极均与第一电容的另一
端连接，第一IGBT和第三IGBT的栅极均与驱动脉冲生成器连接。

[0130] 第二待测器件，具体包括：第二IGBT和第四IGBT(即DUT2’)；第二IGBT和第四IGBT的集电极均与第二电感的另一端连接，第二IGBT和第四IGBT的发射极均与第二预关断续流
回路开关的集电极连接，第二IGBT和第四IGBT的栅极均与驱动脉冲生成器连接。

[0131] 其中，待测器件：第一IGBT、第二IGBT、第三IGBT和第四IGBT为高压大容量IGBT器件。

[0132] 本发明还提供一种IGBT器件可靠性试验系统，其特征在于，包括：测量装置和IGBT器件可靠性试验装置。

[0133] 测量装置分别与IGBT器件可靠性试验装置中的第一待测器件和第二待测器件连接；测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件和第二待测器件的应力。

[0134] 测量装置，具体包括：电应力测量装置和热应力测量装置。电应力测量装置分别与第一待测器件和第二待测器件连接；电应力测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件
和第二待测器件的电应力；热应力测量装置分别与第一待测器件和第二待测器件连接；热
应力测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件和第二待测器件的热应力。

[0135] 其中，

[0136] 电应力测量装置，具体包括：电压测量装置和电流测量装置。

[0137] 电压测量装置与第一待测器件的集电极和发射极连接，电压测量装置还与第二待测器件的集电极和发射极连接；电压测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件和第二
待测器件的电压。电压测量装置的电压探头采用四端子接线法连接，采用电压测量装置的
电压探头测量IGBT两端的电压。

[0138] 电流测量装置分别与第一待测器件的发射极和第二待测器件的发射极连接；电流测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件和第二待测器件的电流。电流测量装置的电
流探头连接在IGBT的发射极一侧，采用电流测量装置的电流探头测量流过所述IGBT的电
流。

[0139] 根据电流和电压计算被测功率半导体的损耗和结温，用于可靠性分析。

[0140] 热应力测量装置，具体包括：温度测量装置。

[0141] 温度测量装置的非接触式传感探头对准第一待测器件的集电极和第二待测器件的集电极，温度测量装置的接触式传感探头放置在第一待测器件的外壳上和第二待测器件
的外壳上；温度测量装置用于测量在MMC工况下，第一待测器件和第二待测器件的温度。采
用温度测量装置的传感探头测量IGBT的结温及壳温。

[0142] 对于一个待测器件包括1个IGBT器件来说，如图2所示，一种用于MMC的IGBT器件可靠性试验方法，应用于IGBT器件可靠性试验装置，该方法包括：

[0143] 步骤201：在第一正极开关闭合、第一负极开关断开、第二负极开关闭合、第二正极开关断开、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路
开关关断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路
开关关断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工
作电压时，驱动脉冲生成器控制第一IGBT和第二IGBT导通。

[0144] 步骤202：在第一IGBT和第二IGBT导通后，驱动脉冲生成器控制第一续流二极管开关和第二续流二极管开关断开。

[0145] 步骤203：在第一IGBT和第二IGBT导通时间达到预设导通时间后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关导通，并在第一预关断续流回路
开关和第二预关断续流回路开关导通后，控制第一预开通续流回路开关和第二预开通续流
回路开关关断。

[0146] 步骤204：在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关关断后，驱动脉冲生成器控制第一负极开关闭合、第一正极开关断开、第二负极开关断开、第二正极开关闭
合，并控制第一续流二极管开关和第二续流二极管开关闭合，然后，驱动脉冲生成器控制第
一IGBT和第二IGBT关断。

[0147] 步骤205：在第一IGBT和第二IGBT关断后，驱动脉冲生成器控制第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通。

[0148] 步骤206：在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关关断。

[0149] 步骤207：当第一电容带有正极性电压时，驱动脉冲生成器控制第一供电开关导通；在第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第一供
电开关关断；当第二电容带有正极性电压时，控制第二供电开关导通；在第二电容的电压达
到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第二供电开关关断。

[0150] 对于一个待测器件包括2个IGBT器件来说，在步骤207执行完毕后，还包括如下步骤：

[0151] 在第一正极开关断开、第一负极开关闭合、第二负极开关断开、第二正极开关闭合、第一预开通续流回路开关导通、第一续流二极管开关闭合、第一预关断续流回路开关关
断、第二预开通续流回路开关导通、第二续流二极管开关闭合、第二预关断续流回路开关关
断、第一电容的电压绝对值和第二电容的电压绝对值达到MMC装置中IGBT器件的工作电压
时，驱动脉冲生成器控制第三IGBT和第四IGBT导通；

[0152] 在第三IGBT和第四IGBT导通后，驱动脉冲生成器控制第一续流二极管开关和第二续流二极管开关断开；

[0153] 在第三IGBT和第四IGBT导通时间达到预设导通时间后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关导通，并在第一预关断续流回路开关和第
二预关断续流回路开关导通后，驱动脉冲生成器控制第一预开通续流回路开关和第二预开
通续流回路开关关断；

[0154] 在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关关断后，驱动脉冲生成器第一负极开关断开、第一正极开关闭合、第二负极开关闭合、第二正极开关断开，并控制第
一续流二极管开关和第二续流二极管开关闭合，然后，驱动脉冲生成器控制第三IGBT和第
四IGBT关断；

[0155] 在第三IGBT和第四IGBT关断后，驱动脉冲生成器控制第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通；

[0156] 在第一预开通续流回路开关和第二预开通续流回路开关导通后，驱动脉冲生成器控制第一预关断续流回路开关和第二预关断续流回路开关关断；

[0157] 当第一电容带有正极性电压时，驱动脉冲生成器控制第一供电开关导通；在第一电容的电压达到MMC装置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第一供电开关关
断；当第二电容带有正极性电压时，控制第二供电开关导通；在第二电容的电压达到MMC装
置中IGBT器件的工作电压时，驱动脉冲生成器控制第二供电开关关断。

[0158] 以上步骤便是包含有4个IGBT的一个完整试验周期。

[0159] 为了进一步说明本发明提供的用于MMC的IGBT器件可靠性试验装置和试验方法的原理，如图1所示。

[0160] 低损耗的MMC用功率半导体器件可靠性评估试验装置运行的过程可分为四个阶段：在阶段1，电感L通过二极管D续流，带有较高正电压的电容C1接入正极试验电路，电感L
续流路径为L‑SD‑D‑Ton‑L，电感L'通过二极管D'续流，带有较高负电压的电容C2接入负极试
验电路，电感L'续流路径为L'‑SD'‑D'‑Ton'‑L'；在阶段2，电容C1与电感L构成谐振回路，提
供被测功率半导体器件DUT的导通电流，电感电路路径为L‑DUT1‑C1‑SC1‑Ton‑L，电容C2与电
感L'构成谐振回路，提供被测功率半导体器件DUT1'的导通电流，电感电路路径为L'‑
DUT1'‑C2‑SC2'‑Ton'‑L'；在阶段3，电感L上电流通过二极管Doff续流，电容C1与正极试验电
路断开连接，电容C1接入负极试验电路，电感L上电流路径为L‑DUT1‑Toff‑Doff‑L，电感L'上
电流通过二极管Doff'续流，电容C2与负极试验电路断开连接，电容C2接入正极试验电路，电
感L'上电流路径为L'‑DUT1'‑Toff'‑Doff'‑L'；在阶段4，电感L在为C2短暂充电后，通过二极
管D续流，电源VDC为电容C2充电，电容C2的电压达到预定电压后，电源VDC停止充电，电感L为
C2充电的电流路径为L‑SD‑D‑SC2‑C2‑Toff‑Doff‑L，电感L续流路径为L‑SD‑D‑Ton‑L，电感L'在
为C1短暂反向充电后，通过二极管D'续流，电感L'为C1充电的电流路径为L'‑SD'‑D'‑SC1'‑
C1‑Toff'‑Doff'‑L'，电感L续流路径为L'‑SD'‑D'‑Ton'‑L'。

[0161] 在阶段1，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制：正极试验电路中的预开通续流回路IGBT开关Ton、续流二极管支路双向开关SD处于导通状态，负极试验电路中的预开通
续流回路IGBT开关Ton'、续流二极管支路双向开关SD'处于导通状态，母线供能电路中的电
容C1正极母线双向开关SC1、电容C2负极母线双向开关SC2'处于导通状态，使得正极试验电
路中的电感L通过正极试验电路中的续流二极管D续流；使得负极试验电路中的电感L'通过
负极试验电路中的续流二极管D'续流；使得电容C1与正极母线BUS+相连，电容C2与负极母
线BUS‑相连。在装置稳定运行过程中，电容C1此时带有较高的正电压，电容C2此时带有较高
的负电压；

[0162] 在阶段2，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制被测功率半导体器件DUT1和DUT1'开通，电容C1与正极试验电路中的电感L构成谐振回路，提供被测功率半导体器件
DUT1的通态电流；电容C2与负极试验电路中的电感L'构成谐振回路，提供被测功率半导体
器件DUT1'的通态电流；

[0163] 在正极试验电路和负极试验电路中的电感电流未达到峰值时，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制正极试验电路和负极试验电路中的续流二极管支路双向开关SD和
SD'处于关断状态，避免两个续流二极管D和D'误导通；

[0164] 在阶段3，正极试验电路和负极试验电路中的电感电流达到预定的关断电流时，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制正极试验电路和负极试验电路中的预关断续流回
路IGBT开关Toff和Toff'处于导通状态，使得正极试验电路中的电感L通过被测功率半导体器
件DUT1续流；使得负极试验电路中的电感L'通过被测功率半导体器件DUT1'续流；电容C1此
时带有较高的负电压，电容C2此时带有较高的正电压；

[0165] 通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制电容C1正极母线双向开关SC1、电容C2负极母线双向开关SC2'和续流二极管支路双向开关SD，电容C1负极母线双向开关SC1'、电容C2
正极母线双向开关SC2和续流二极管支路双向开关SD'处于导通状态，使得带有较高负电压
的电容C1与负极母线BUS‑相连，带有较高正电压的电容C2与正极母线BUS+相连，为被测功
率半导体器件DUT1和DUT1'提供关断瞬态所需要的高电压；

[0166] 在阶段4，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制被测功率半导体器件DUT1和DUT1'关断，正极试验电路中的电感L为电容C2反向充电，负极试验电路中的电感L'为电容
C1反向充电；通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制正极试验电路和负极试验电路中的
两个预开通续流回路IGBT开关Ton和Ton'处于导通状态，使得正极试验电路中的电感L通过
续流二极管D续流，使得负极试验电路中的电感L'通过续流二极管D'续流；

[0167] 通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制电源充电支路IGBT开关TS2处于导通状态，为电容C2进行补能，电容C2在补能前带有接近被测功率半导体器件开关所需的正电压，
待电容C2补能到预定正电压时，通过驱动脉冲生成器输出的驱动脉冲控制电源充电支路
IGBT开关TS2处于关断状态；使得正极母线BUS+和负极母线BUS‑上的电压均达到预定电压
值；

[0168] 此时被测功率半导体器件DUT1和DUT1'已经完成一个试验周期，且所用时间为标准工况下的一半，因此，可对被测功率半导体器件DUT2和DUT2'进行一个试验周期，并在被
测功率半导体器件DUT2和DUT2'试验完成时对电容C1上电压进行补能。

[0169] 高压直流电源为可调直流电源。可调直流电压源的作用是为与正极试验电路相连的电容进行补能，使其恢复到预定母线电压。

[0170] 电流测量装置的电流探头连接在被测功率半导体器件的发射极一侧，测量流过被测功率半导体器件的电流，另外电流探头不限于放到被测功率半导体器件支路的其他位
置。电压测量装置的电压探头放在被测功率半导体器件的两端，采用四端子法测量IGBT上
的电压降落，可选择无源电压探头。

[0171] 温度测量装置的非接触式传感探头可以是光耦传感器或者红外传感器，非接触式探头对准被测功率半导体器件中芯片的集电极侧。温度测量装置的接触时传感探头可为热
电偶传感器，放置在被测功率半导体外壳上。

[0172] 本发明能够同时提供多个MMC用功率半导体器件应力并保持运行低损耗的试验原理在于，充分利用了电容在放电后带有与预定母线电压值接近且极性相反的电压，提出了
双极性试验方案，大大降低了放电电容充电需求，充电安全性高，充电损耗低，充电时间短，
且在一个标准工况周期内同时提供4个被测功率半导体器件的应力。

[0173] 图3为本发明提供的IGBT上的电应力波形图，图3中的虚线为电压波形图，实线为电流波形图，图中VCE为IGBT的电压，IC为IGBT的电流。图3中的阶段1、阶段2、阶段3、阶段4分
别对应上述的四个阶段。从图3中可以看出，一个IGBT所用时间为标准工况下的一半，另一
半时间足以提供给另一个IGBT进行可靠性试验。图3中IGBT的波形图反映了在MMC工况下
IGBT电应力波形，故本发明的装置能够实现用于MMC装置的IGBT可靠性试验。

[0174] 图4为本发明提供的低损耗的MMC用功率半导体器件可靠性评估试验装置时序图。由图4可以看到，本发明提供的试验装置及方法中，装置运行各阶段更加紧凑，阶段4占用的
时长大幅降低。在一个试验电路中，两个并联的被测功率半导体器件在相邻两个半周期内
交替投入试验，装置在一个周期内可同时对4个被测功率半导体器件进行试验。

[0175] 图5为本发明提供的两个电容上的应力波形图，VC1为第一电容C1的电压，VC2为第二电容C2的电压。由图5可以看到，本发明提供的试验装置中电容C1和C2在阶段2放电后可
直接投入到相反极性试验电路中提供高电压，基本不需要充电和补能。

[0176] 可见，本发明提供的装置和方法可以同时提供多个MMC用功率半导体器件的可靠性评估试验应力并保持运行的低损耗，所有开关的控制策略较为简单，装置充电损耗低，效
率及可靠性高。本发明提供的低损耗的MMC用功率半导体器件可靠性评估扩展试验装置方
法有效解决了目前MMC用功率半导体器件可靠性评估装置的充电可靠性差及试验效率低等
问题。

[0177] 此外，本发明提供一种低损耗的MMC用功率半导体器件可靠性评估扩展试验装置及方法损耗小，提出双极试验方案充分利用了电容上较高的负电压，大大减小了装置自身
损耗且提升了电源充电的安全性。可同时测量4个被测功率半导体器件，大大提高了测量效
率。采用电容组的母线供能方案，仅需2个电容，大大提高了装置元件利用率，降低了装置成
本。

[0178] 本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据
本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理
解为对本发明的限制。