辛伊波 武新
洛阳工业高等专科学校，河南洛阳471003
1引言
IGBT由于其开关频率高、通态电流大等优点，已广泛应用于开关电源、变频设备等电力变换场合。IGBT在硬开关模式下工作时，在导通及关断瞬时有较大的开关损耗，当工作频率较高时，开关损耗将大大超过IGBT的通态损耗，造成内部结温增高，导致IGBT开关频率及输出功率下降，并对IGBT的安全形成威胁，以至造成永久性损坏。由此，设计者应掌握IGBT元件的结温稳态值及变化过程。通过IGBT有关参数是在一定的测试条件下得到的，当使用条件与测试条件不同时，这些参数会发生变化，给使用者造成困难［1］。IGBT许多参数的测试条件都与规定结温有关，但采用常规的测温仪器无法得到客观的结果，其主要原因是：变频电源设备内部属强电磁场干扰环境，设置的测温传感器由于集肤效应和欧姆热效应等物理现象的存在，造成较大的测量误差［2］。
解决这类问题的传统方法是采用硬件校正、补偿等措施，但硬件措施电路复杂、调试困难和受环境因素影响较大等缺陷。利用微机的数据处理能力，采用软、硬件结合的方法，能比较圆满地解决上述问题，以实现高精度测试之目的。笔者总结了在IGBT结温测试仪的研制调试过程中用软件方法增强对采样数据的处理能力及提高测试精度的研究结果，在此基础上实现了提高有关仪器仪表测试精度的目的。
2曲线拟合理论及应用
硬件电路是提供原始采样数据准确性和可靠性的保障，测温探头选用损耗角及介电常数极小的热敏电阻，信号传输线用非金属高电阻率材料制成，以避免常规金属测温探头及导线在强电磁场环境产生测温误差，设计的信号处理电路增益可调、CMMR≥80dB、输入阻抗平衡、上限截止频率为1.5Hz［3］。软件采用平均值和设置误差上限剔除极值的方法，以消除和减少噪声和电磁场干扰的影响，同时主要利用软件的曲线拟合方法实现对IGBT结温漂移误差的补偿和非线性误差的校正。
常用的软件曲线拟合方法有最小二乘法、契比雪夫法及插值法等。一般来说，当拟合多项式的次数较低时，采用最小二乘法的精度较高。考虑到一般测试仪器的实际测试精度要求、微机的数据运算存储能力及实际调试中的经验，在IGBT结温测试仪的精度调试过程中，采用低阶的二乘法拟合：
设有n组试验数据(xi，yi)，i＝0，1，…，n－１，可构造m－1次最小二乘拟合多项式：
其中
现场测量受干扰的影响，存在有测量误差点，测量误差较大的点，称其为极点。根据测量误差的有关理论［4］，曲线拟合的精度可由相关系数k及剩余标准差S来表示；而误差点和极点可用剩余标准差S来判定。相关系数k和剩余标准差S分别定义为：
式中，Q为残差平方和，表示测量误差对函数值的影响程度； 是拟合曲线对应xi点的函数值；E是偏差平方和，表示测量值与平均值
的偏差程度；相关系数k越大、剩余标准差S越小，表明拟合精度越高。当某点的采样值使(yi－)＞λS成立，则可以认为该点为误差点。λ为识别系数，其取值范围由数据的采样点数量、分布位置及拟合精度等条件决定，由经验一般取λ＝3。对于某一测量值(xi，yi)及其对应的拟合值(xi，)，当(yi－)＞3S时，可认为该点为误差点；对于(yi－)3S的点，可认为此点为极点。在拟合过程中，通过编制应用程序［3］，剔出极点和误差点，提高曲线拟合的精度。
3拟合数据及运用
根据上述原理，对IGBT结温测试仪的测试数据进行曲线拟合。实际操作中拟合次数高，拟合精度随之提高，而且由于数据运算量增加，微机本身的运算误差也增加。表3—1给出了关于结温测试仪在不同拟合次数时的结果。设计的结温测试仪的精度等级为01级，由表3—1比较结果可知，若采用二次多项式拟合，即可满足测试要求。实际测试中如受条件限制，原始数据量有限，为保证测试精度，可以用插值法增加数据，以使插值后的拟合曲线更接近实际状态。插值的方法可采用拉格朗日插值，牛顿插值、样条插值等，通常是采用具有一定精度而运算量相对较小的分段二次插值，即分段抛物线插值，其插值公式为：
同时剔除极值，采用加权回归逐次逼近法［5］减小误差点的影响。在存在极值和误差点的情况下，剩余标准差是比较小的，可以通过不断减小误差点的判定标准，进行多次迭代运算，求得理想的拟合精度。
4结束语
对测量的原始数据进行数据处理是提高仪器仪表测试精度的重要措施，而对测试原始数据采用曲线拟合是一种实用有效的方法。在笔者所研制的IGBT结温测试仪中，通过在软件中加入了数据拟合运算部分，在不增加硬件投入的基础上，可大大提高仪器的测试精度。通过对插值法和迭代法等几种方法的合理应用，此种方法也适用于其它测控对象。
［参考文献］
［1］李序葆电力电子器件及其应用［M］北京：机械工业出版社，20008
［2］辛伊波大功率UPS设备的干扰及抗干扰研究［J］电测与仪表，2001(5)：1－3
［3］王世杰一种抗强电磁场干扰的温度传感器［J］传感器技术，1996(1)：49－51
［4］孙涵芳C语言算法程序设计［M］北京：邮电出版社，1999
［5］李庆杨现代数值分析［M］北京：高等教育出版社，1995
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