一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)浼皽y量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌ǖ碗妷洪_通電路和脈沖大電流續(xù)流電路兩個部分，低電壓開通電路由低壓電容C和電阻R組成，脈沖大電流續(xù)流電路由高壓電容C0、控制開關(guān)S0、電感L0和二極管D0組成；本發(fā)明專利技術(shù)還公開了其測量方法，待測半導(dǎo)體在整個測量過程中均不承受高電壓，可使用小量程的低壓傳感器測量，確保了測量的精度。本發(fā)明專利技術(shù)解決了脈沖大電流工況下，半導(dǎo)體通態(tài)壓降的測量難題，可用于混合式斷路器中半導(dǎo)體支路設(shè)計指導(dǎo)，以確保短路開斷的成功。以確保短路開斷的成功。以確保短路開斷的成功。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)浼皽y量方法


[0001]本專利技術(shù)屬于斷路器
，具體涉及一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌约捌錅y量方法。

技術(shù)介紹

[0002]混合式斷路器綜合了機(jī)械開關(guān)通態(tài)損耗低和半導(dǎo)體開關(guān)無弧關(guān)斷的特性，是大容量直流電力系統(tǒng)故障保護(hù)較為理想的拓?fù)浞桨福彩侵?高壓直流斷路器的重要發(fā)展方向。混合式斷路器的主電路拓?fù)淙鐖D 1所示，包括機(jī)械開關(guān)支路、半導(dǎo)體支路和限壓耗能支路。混合式斷路器半導(dǎo)體支路的半導(dǎo)體器件，可分為半控制型器件（如晶閘管）和全控型器件（GTO、IGBT、IGET等）兩類。無論哪種類型半導(dǎo)體器件，當(dāng)發(fā)生短路故障后，混合式分?jǐn)嗟牡谝徊蕉际枪收想娏饔蓹C(jī)械開關(guān)支路轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體支路。
[0003]短路故障發(fā)生后，機(jī)械開關(guān)打開，在電弧電壓作用下，故障電流從機(jī)械開關(guān)支路轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體支路中。由于機(jī)械開關(guān)打開后產(chǎn)生的電弧電壓較低，半導(dǎo)體在脈沖大電流工況下的通態(tài)壓降成為影響電流轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵因素，是混合式斷路器設(shè)計過程中的重要參數(shù)。尤其是隨著電力系統(tǒng)電壓等級提升，混合式斷路器中串聯(lián)半導(dǎo)體器件數(shù)目增加，該參數(shù)直接決定了故障電流能否轉(zhuǎn)移成功。
[0004]最初，在設(shè)計混合式斷路器半導(dǎo)體支路時，習(xí)慣引用廠家提供的穩(wěn)態(tài)電流工況下的通態(tài)壓降數(shù)據(jù)。然而，應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)半導(dǎo)體的通態(tài)壓降遠(yuǎn)高于該值，由此導(dǎo)致?lián)Q流失敗問題經(jīng)常發(fā)生，特別是在中/高壓混合式斷路器中。后來，為了獲取脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降，曾提出采用LC回路進(jìn)行測量，如圖2所示。當(dāng)電容C2充電完成后，同時導(dǎo)通開關(guān)S2和待測半導(dǎo)體T，C2?
L2?
S2?
T回路導(dǎo)通，產(chǎn)生脈沖電流。為減少L（di/dt）的影響，每次測量僅取脈沖電流峰值時刻電壓值，作為該電流水平下的通態(tài)壓降。該測量方式，存在以下問題：1）每次測量，僅能獲得單點電流對應(yīng)通態(tài)壓降，需要反復(fù)調(diào)節(jié)回路參數(shù)進(jìn)行多次測量，過于繁瑣；2）電壓傳感器存在延時。電流峰值時刻對應(yīng)電壓往往會滯后，測量數(shù)據(jù)無法排除L（di/dt）的影響，準(zhǔn)確度難以保證；3）即使導(dǎo)通數(shù)十kA級別的電流，半導(dǎo)體的通態(tài)壓降也僅有幾伏，需要用到低壓傳感器進(jìn)行測量，這就要求整個測試過程，待測半導(dǎo)體兩端不能出現(xiàn)高電壓，否則會導(dǎo)致低壓傳感器損壞。所示測量方案，在測試前，電容C2上的高壓由開關(guān)S2承擔(dān)。但在開通過程，若開關(guān)S2開通速度快于待測半導(dǎo)體T，待測半導(dǎo)體兩端就會產(chǎn)生高壓。以往測量過程，經(jīng)常發(fā)生低壓傳感器被擊穿現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)思路

[0005]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)不足，本專利技術(shù)的目的之一是針對實際應(yīng)用需求提供一種脈沖大電流
工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌跓o需反復(fù)調(diào)節(jié)回路參數(shù)的情況下即可實現(xiàn)脈沖大電流工況下半導(dǎo)體通態(tài)壓降的精確測量，同時實現(xiàn)了“小量程測小電壓”，確保測量的精度，為混合式斷路器半導(dǎo)體支路設(shè)計提供準(zhǔn)確的參數(shù)指導(dǎo)，確保混合式分?jǐn)嗟某晒Α?br/>[0006]本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌ǖ碗妷洪_通電路和脈沖大電流續(xù)流電路兩個部分；所述低電壓開通電路由低壓電容C、電阻R串聯(lián)組成，所述的脈沖大電流續(xù)流電路由串聯(lián)的高壓電容C0和控制開關(guān)S0與二極管D0并聯(lián)后串聯(lián)電感L0形成，低電壓開通電路和脈沖大電流續(xù)流電路通過待測半導(dǎo)體T接入節(jié)點Q1和Q2連接，節(jié)點Q2接地，藉此與節(jié)點Q1構(gòu)成測試回路；電阻R、待測半導(dǎo)體T斷態(tài)阻值R1和控制開關(guān)S0阻值R
S0
滿足R
S0
>>R1>>R，低壓電容C的充電電壓低于待測半導(dǎo)體T電壓傳感器的量程。
[0007]本專利技術(shù)的目的之二是提供一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)涞臏y量方法，包括以下步驟：（1）將待測半導(dǎo)體T以及低壓傳感器通過節(jié)點Q1和Q2接入測試回路，低壓電容C和高壓電容C0充至預(yù)期電壓；（2）觸發(fā)待測半導(dǎo)體T，C
?
R
?
T低電壓開通電路導(dǎo)通，待測半導(dǎo)體T在低壓、小電流工況下開通，電阻由斷態(tài)電阻變?yōu)橥☉B(tài)電阻；（3）延遲Δt，待測半導(dǎo)體T完全導(dǎo)通后，控制開關(guān)S0合閘，投入脈沖大電流續(xù)流電路，進(jìn)入第一階段：C0?
S0?
L0?
T回路導(dǎo)通，待測半導(dǎo)體T中開始注入脈沖大電流，低壓傳感器測量電壓值U
測
=U+L（di/dt），式中U表示待測半導(dǎo)體T實際通態(tài)壓降，L（di/dt）表示由于電流變化在待測半導(dǎo)體T雜散電感上產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢，該階段脈沖電流上升率極高，通常在數(shù)百A/μs級別，待測半導(dǎo)體器件兩端會產(chǎn)生很大的感應(yīng)電動勢，U
測
不能正確反映半導(dǎo)體通態(tài)壓降；（4）隨著高壓電容C0兩端電壓降低直至過零，L0?
T
?
D0回路導(dǎo)通進(jìn)入第二階段：待測半導(dǎo)體T中開始續(xù)流，此時電流變化率極低，L（di/dt）降為mV級別，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于待測半導(dǎo)體T實際通態(tài)壓降U。該階段獲得的低壓傳感器測量電壓值U
測
可比較準(zhǔn)確的反映該電流水平下，待測半導(dǎo)體T的通態(tài)壓降。
[0008]本專利技術(shù)的有益效果是：通過控制低電壓開通電路和脈沖大電流續(xù)流電路的導(dǎo)通順序，確保了脈沖大電流工況下半導(dǎo)體在通態(tài)壓降測量過程中均不承受高壓，實現(xiàn)了“小量程測小電壓”，確保了測量的精度。同時，引入續(xù)流過程，基本消除了感應(yīng)電動勢的影響。無需反復(fù)調(diào)節(jié)參數(shù)，一次就可測出對應(yīng)脈沖大電流工況下電流對應(yīng)的通態(tài)壓降，能為混合式斷路器半導(dǎo)體支路設(shè)計提供比較精確的參數(shù)指導(dǎo)，確保混合式分?jǐn)嗟某晒ΑＭ瑫r可推廣應(yīng)用于脈沖功率技術(shù)中對半導(dǎo)體通態(tài)壓降要求比較嚴(yán)格的領(lǐng)域，進(jìn)行器件選型、組件設(shè)計以及損耗計算等。
附圖說明
[0009]圖1為混合式斷路器主電路拓?fù)洌粓D2現(xiàn)有脈沖大電流工況下半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試方案；圖3本專利技術(shù)主電路拓?fù)洌粓D4為本專利技術(shù)低電壓開通電路拓?fù)洌?br/>圖5為本專利技術(shù)脈沖大電流續(xù)流電路的脈沖大電流注入回路；圖6為本專利技術(shù)脈沖大電流續(xù)流電路的脈沖大電流續(xù)流回路；圖7為利用本專利技術(shù)實測半導(dǎo)體通態(tài)壓降時的電壓、電流波形。
具體實施方式
[0010]下面結(jié)合附圖對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明。
[0011]參照圖3所示，本專利技術(shù)公開了一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌ǖ碗妷洪_通電路和脈沖大電流續(xù)流電路兩個部分。所述低電壓開通電路由低壓電容C、電阻R組成。所述脈沖大電流續(xù)流電路由高壓電容C0、控制開關(guān)S0、電感L0和二極管D0組成。待測半導(dǎo)體（包括晶閘管、GTO、IGBT、IGET等）通過節(jié)點Q1和Q2接入測試回路。
[0012]所述電阻R阻值滿足R
S0
>>R1>>R，其中R1表示待測半導(dǎo)體斷態(tài)阻值，R
S0
表示控制開關(guān)S0阻值。所述低電壓開通電路中低壓電容C的充電電壓小于待測半導(dǎo)體電壓傳感器的量程。所述脈沖大電流續(xù)流電路高壓電容C0充電電壓較高，在kV本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】

【技術(shù)特征摘要】
1.一種脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)洌涮卣髟谟冢喊ǖ碗妷洪_通電路和脈沖大電流續(xù)流電路；所述低電壓開通電路由低壓電容C、電阻R串聯(lián)組成，所述的脈沖大電流續(xù)流電路由串聯(lián)的高壓電容C0和控制開關(guān)S0與二極管D0并聯(lián)后串聯(lián)電感L0形成，低電壓開通電路和脈沖大電流續(xù)流電路通過待測半導(dǎo)體T接入節(jié)點Q1和Q2連接，節(jié)點Q2接地，藉此與節(jié)點Q1構(gòu)成測試回路；電阻R、待測半導(dǎo)體T斷態(tài)阻值R1和控制開關(guān)S0阻值R
S0
滿足R
S0
>>R1>>R，低壓電容C的充電電壓低于待測半導(dǎo)體T電壓傳感器的量程。2.一種如權(quán)利要求1所述脈沖大電流工況下的半導(dǎo)體通態(tài)壓降測試主電路拓?fù)涞臏y量方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）將待測半導(dǎo)體T以及低壓傳感器通過節(jié)點Q1和Q2接入測試回路，低壓電容C...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：沙新樂，李杰，鄒順，楊晨光，李唯草，
申請(專利權(quán))人：武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：