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“阳光电源杯”新能源与储能竞赛决赛测试评分细则

一、常温测试(70%)

测试开始前依次进行尺寸准入检查、功耗准入检查、驱动电压准入检查。通过准入检查后,依次开展静态工况测试、双脉冲测试、单脉冲保护测试及同步Buck工况测试。

(1)尺寸准入检查

驱动板安装于测试平台主功率电路后,其在主功率电路平面上的垂直投影原则上不应超出主功率电路边界;以主功率电路板平面为基准,驱动板及其元器件的最大安装高度原则上不应超过10cm。

上述尺寸要求用于保证参赛驱动板能够安全、可靠地安装于统一测试治具。考虑到电路板、元器件及连接器等结构可能存在局部不规则凸出,若驱动板小幅超出上述尺寸范围,但经组委会确认不影响治具装配、测试安全及正常测试,可继续参与后续测试。若驱动板的结构或尺寸影响测试治具的正常装配、造成器件挤压或干涉,或存在影响测试安全与可靠性的其他情况,组委会将判定其不具备测试条件,不予进入后续测试。

对于可能超出上述尺寸范围的设计,参赛队应在决赛前提前与组委会沟通,并确认其与测试治具的兼容性。最终是否满足测试条件,以组委会现场判定为准。

(2)功耗准入检查

测评开始时,先在规定驱动供电电压、30kHz开关频率和45Ω额定负载条件下进行稳态功耗检查。稳定运行后记录驱动模块的平均输入功率;两通道共用供电时,按主办方规定的方法折算为单通道输入功率。单通道输入功率不大于3W方可继续测评,超过3W不予后续测评。

(3)驱动电压准入检查

在静态工况测试条件下,分别测量Q1、Q2栅源电压的稳态高、低电平。两路驱动电压均应满足稳态高电平为+18.0V±1.0V、稳态低电平为 −5.0V±1.0V。任一路驱动电压不满足上述要求,不予进行后续测试。

 

1.静态工况测试(10分)

将控制板、主功率板、散热器与参赛驱动板安装在测试治具上。电压探头安装于治具下方,分别测量Q1、Q2的栅源电压VGS。

断开主功率回路,示波器探头接于两路栅源电压测试口,上位机发送buck1min模式。开关频率为30kHz,占空比为10%,连续运行1min,记录两路栅极驱动波形。

以稳态高、低电平为基准评价波形稳定性。“毛刺/尖峰幅值”均指相对于对应稳态电平的瞬态偏差,按连续1min测试期间的最差波形评分。

判定条件

得分

波形稳定,无漏脉冲、误触发或持续振铃;所有瞬态尖峰相对稳态电平的偏差不超过±5V。

10分

波形整体稳定,偶有尖峰超过±5V,但开通期间稳态电平变化不超过2V,且不引起误触发。

7分

波形明显畸变,开通/关断平台异常,或开通期间稳态电平变化超过2V,但仍能维持连续开关。

3分

无法维持稳定驱动,包括漏脉冲、连续自激/异常振荡、误开通、驱动掉电或无法持续完成1min测试。

0分

 

2.双脉冲测试(40分,另设性能加分)

2.1测试工况与测量要求

本项常规分为40分,共设置四组工况,每组常规分10分。每组工况计算得分超过10分的部分计为性能加分,每组最高可获得5分性能加分,四组工况性能加分合计最高20分。

每组工况进行多次重复测试,分别评价开关损耗和关断电压过冲,并按照下表权重计算得分。

测试工况

开关损耗权重WE

关断电压过冲权重WV

250V/15A

75%

25%

250V/45A

60%

40%

500V/15A

45%

55%

500V/45A

30%

70%

将输出短接,输入连接高压电源,电感接入电感接口。罗氏线圈测量主动管Q1的漏极电流iD;电压探头分别测量Q1的漏源电压vDS、栅源电压vGS及被动管Q2的栅源电压。栅源电压测量以Kelvin源极为参考。

保存示波器截图及四路原始波形文件,由统一软件处理。被动管栅源电压通过规定位置、规定接口形式的同轴测试口测量,统一探头、带宽、采样率、接地方式及线缆长度。

测试过程中,选手不得接触板卡、手动切换电阻或修改驱动参数;测试工况由上位机与治具统一切换。

2.2评价指标与参考值

采用固定栅极电阻的静态驱动方案作为参考。参考方案与参赛方案使用相同的测试平台、工况、测量设置及数据处理方法。

各工况分别设置开关损耗参考值和关断电压过冲参考值,参考值均须为有效正值。

(1)开关损耗

每次测试计算开通能量Eon与关断能量Eoff之和,取各次测试的平均值,记为ESW,单位为μJ。

(2)关断电压过冲

单次关断电压过冲为关断过程中漏源电压峰值超出该次实测母线电压的部分。无正向过冲时按0V记录。

取各次测试中的最大值,记为△VDS,单位为V。

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其中,VDS,pk,i为第i次测试的关断漏源电压峰值,VDC,i为该次测试的母线电压。

(3)静态驱动参考参数

测试工况

开关损耗参考值
ESW,ref/μJ

关断电压过冲参考值
△VDS,ref/V

250V/15A

26.02

10.42

250V/45A

150.02

169.17

500V/15A

57.28

45.83

500V/45A

216.87

107.29

2.3评分计算

开关损耗和关断电压过冲分别按以下公式计分:

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其中,SE为开关损耗评分,SV为关断电压过冲评分。两项指标均为数值越小、得分越高;实测值与参考值相同时,该分项得5分。

每组工况按对应权重加权,并扣除串扰扣分:

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其中,WE、WV按工况权重表取值,P为该工况的串扰扣分。

每组工况10分以内的部分计入常规分,超过10分的部分计为性能加分,每组工况最终得分最高为15分。

2.4串扰扣分与异常判定

串扰扣分:

被动管Q2在各次测试中均满足栅源电压正向峰值不高于0V、负向谷值不低于−8V时,P=0。

任意一次测试不满足其中任一条件时,P=2。同一工况内多次超限或正、负向同时超限,统一扣2分,不重复累计。

异常判定:

任意一次测试出现明显误导通、双脉冲波形严重畸变或无法完成规定工况时,该工况直接计0分。

2.5成绩汇总

双脉冲测试总分为四组工况最终得分之和:

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其中,常规分满分40分,性能加分最高20分,双脉冲测试理论最高得分为60分。

计算过程中使用未四舍五入的数值,最终成绩保留两位小数。

 

3.单脉冲保护测试(20分)

3.1测试流程

短接输出与电感,输入采用100V,上位机选择100V硬短路手动脉冲档位。罗氏线圈测量Q1的漏极电流iD,电压探头测量Q1的栅源电压VGS和漏源电压VDS。

每次测试保存示波器截图及原始波形文件,由统一软件处理。

在低母线电压条件下采用单脉冲方式逐步增加触发宽度,直至触发短路/过流保护。

保护动作时间的起点为Q1漏极电流上升并首次达到规定保护触发门限Itrip的时刻,终点为Q1栅源电压下降并首次低于开通稳态高电平10%的时刻。

在相同条件下重复测试5次,记录每次保护动作时间、Q1漏源电压峰值、过冲率以及关断后的振铃衰减过程。

3.2评分标准

(1)保护动作时间(10分)

5次保护动作时间均不超过2.5μs,得10分。

每出现1次保护动作时间超过2.5μs,扣2分,本项最低为0分。

(2)尖峰电压(5分)

取5次测试中的最大漏源电压峰值VDS,pk进行评分。

当 VDS,pk ≤ 400V 时,得5分。

当 400V < VDS,pk <900V 时,按下式计算:

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即VDS尖峰电压每增加10 V,扣0.1分。

当 VDS,pk ≥ 900V 时,本项得0分。

(3)振铃与关断稳定性(5分)

以栅源电压局部高、低平台中点的首次下降穿越为关断时刻。

关断后0.2~3.0μs为评价窗口;漏源电压经20ns平滑后,应在关断后0.40μs内进入并持续保持在稳态值±5%的误差带内。满足要求得5分,否则该分项计0分。

任意一次测试出现未触发保护、二次触发或二次开通,整个单脉冲保护测试计0分。

 

4.同步Buck工况测试(30分)

4.1测试流程

在母线电压500V、开关频率30kHz、占空比10%的条件下,将功率板输出由治具引出并连接电子负载。

罗氏线圈测量电感电流iL,电压探头测量Q1的栅源电压、漏源电压及Q2的栅源电压。

分别进行45Ω额定负载和15Ω三倍负载测试。额定负载连续运行1min;三倍负载持续20ms。

本项评价稳态和短时过载下的驱动稳定性,短路/过流保护性能由单脉冲保护测试评价。

4.2 Buck工况评分(20分)

额定负载和三倍负载各10分,均按测试期间的最差波形评价。

三倍负载工况在20ms内触发保护、驱动掉电或无法维持规定开关,视为未完成该工况。

(1)额定负载:45Ω,连续运行1min

判定条件

得分

驱动波形稳定,无漏脉冲、误触发或持续振铃;栅源电压瞬态偏差不超过±3V,振铃持续时间不超过一个开关周期的10%,且未出现明显异常过冲。

10分

能够完成1min运行,但存在明显波形畸变、异常过冲或振铃,例如栅源电压瞬态偏差超过±3V,或振铃持续时间超过一个开关周期的10%,且未发生误触发。

5分

驱动波形异常、误触发、掉电或无法完成1min连续运行。

0分

(2)三倍负载:15Ω,持续运行20ms

判定条件

得分

20ms三倍负载期间驱动波形稳定,无漏脉冲、误触发或持续振铃,能够完整维持规定开关。

10分

能够完成20ms三倍负载,但存在明显波形畸变、异常过冲或振铃,且未发生误导通。

5分

20ms内触发保护、驱动掉电、误触发或无法维持规定开关。

0分

4.3 Buck效率评分(10分)

在45Ω额定负载工况下,待系统进入稳定运行状态后,采用统一测试设备和测量方法获取Buck主功率回路的输入平均功率Pin和输出平均功率Pout,并按下式计算效率:

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所有参赛队采用相同的测试条件、测量链路及数据处理方法。

按照各参赛队Buck效率由高到低进行排名:

 

Buck效率排名

得分

前20%

10分

20%~40%

8分

40%~60%

4分

60%~80%

2分

后20%

0分

未能完成45Ω额定负载工况或无法获得有效效率测试数据的,本项计0分。

 

二、高温测试(30%)

将加热片贴至散热器上,设定温度为75°C。待散热器温度稳定后继续保持2min,再按照上述静态工况测试、双脉冲测试、单脉冲保护测试及同步Buck工况测试的完整流程进行测试。

除温度条件外,其余测试条件、测量链路、评分规则及固定参考参数均与常温测试一致。

 

三、总分计算

常温测试和75°C测试分别汇总静态工况、双脉冲、单脉冲保护及同步Buck工况的成绩。

单一温度条件下,静态工况测试常规分10分、双脉冲测试常规分40分、单脉冲保护测试20分、同步Buck工况测试30分,常规成绩满分100分;双脉冲测试另设最高20分性能加分,因此单一温度条件下理论最高得分为120分。

最终得分按以下公式计算:

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其中,S常温为常温测试得分,S75°C为75°C测试得分。

所有测试完成后统一汇总,最终得分保留两位小数。