CN102043107B - 一种周波浪涌试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种周波浪涌试验装置，包括时间继电器、第一和第二试验晶闸管、波形记录装置、电阻、变压装置、分流器、第一开关和第二开关，变压装置的输入端通过第二开关连接输入交流电，第一和第二试验晶闸管采取反并联连接，第一试验晶闸管和第二试验晶闸管的门极通过时间继电器和第一开关相互连接，变压装置的输出端与电阻、第一和第二试验晶闸管，以及分流器依次相连形成电回路，波形记录装置的一路波形采集端子同时并联在第一试验晶闸管的阴、阳极之间和第二试验晶闸管的阴、阳极之间。该发明所描述的实施方式实现了对大功率半导体器件进行任意次周波浪涌电流测试，且对测试周波发生的参数和精度极易控制，试验装置的控制也简单实用。

Description

一种周波浪涌试验装置

技术领域

本发明涉及一种大功率半导体器件试验装置，尤其是一种应用于大功率半导体器件单周波，尤其是多周波浪涌测试的试验装置。

背景技术

随着我国城市轨道交通和高压输变电领域产品国产化进程的加快，作为应用于高速轨道交通，尤其是高铁，以及高压输变电领域核心基础器件的大功率半导体器件国产化进程也不断加快，各种新的国产化替代器件相继问世。作为新的国产化替代器件，其各方面的参数指标能否符合原有器件应用条件和参数性能的要求是其能否替代国外器件的关键因素。而作为大功率半导体器件特性参数性能测试的关键装置-周波浪涌试验装置急待研制。

现有运行的高速铁路和高压输变电网络广泛应用了150mm，4700A/7200V的大功率半导体器件。为了测试其器件的关键性能指标和参数，一般要对被测的大功率半导体器件在相同浪涌电流值和不同浪涌电流周波数情况下的结温温升能力以及其器件在此工况下性能是否正常，是否能够满足实际工况的需要进行测试。

功率半导体器件浪涌试验是目前国内外电力电子行业标准规定的型式试验项目之一。目前国内、外大功率半导体器件的浪涌试验均为单次周波，因此半导体器件只能做单次周波浪涌电流试验。现有单周波浪涌试验装置电路图如图1所示。该装置主电路包括可调变压器、主变压器、桥式整流电路、控制晶闸管机组、可调电容器C1、可调电感器L1和分流器，由C1和L1组成正弦波谐振电路。

电路接入交流220v经过可调变压器和主变压器调压至3KV，经过桥式整流电路整流，先对电容C1进行充电，电容C1充满电后，给出控制晶闸管机组和待测晶闸管脉冲，对待测晶闸管通单次10ms浪涌电流。目前，该电路只能对半导体器件做单次浪涌电流试验，并且周波的频率是由C1和L1控制的，而电容C1和电感L1的参数值极易受到温度等外界环境的影响，而使LC振荡电路产生的测试周波信号频率极不稳定。而且对被试大功率半导体器件的导通是以给出控制晶闸管机组和待测晶闸管门极脉冲的触发方式。而对于多周波浪涌电流试验设备目前现有技术还没有出现。

发明内容

本发明提供一种周波浪涌试验装置，该发明可以很好地克服现有技术存在的只能进行单次周波浪涌电流试验，且测试周波信号频率极不稳定，发生周波参数难以控制的技术问题，实现了对大功率半导体器件进行任意次周波浪涌电流测试，且对测试周波的参数和精度极易控制。

本发明提供一种周波浪涌试验装置的具体实施方式，一种周波浪涌试验装置，包括时间继电器、第一试验晶闸管、第二试验晶闸管、波形记录装置、电阻、变压装置、分流器、第一开关和第二开关，变压装置的输入端通过第二开关连接输入交流电，第一试验晶闸管和第二试验晶闸管采取反并联的连接方式，即第一试验晶闸管的阴极连接第二试验晶闸管的阳极，第二试验晶闸管的阴极连接第一试验晶闸管阳极，第一试验晶闸管和第二试验晶闸管的门极通过时间继电器和第一开关相互连接，变压装置的输出端与电阻、反并联的第一试验晶闸管和第二试验晶闸管，以及分流器依次相连形成电回路，波形记录装置的一路波形采集端子同时并联在第一试验晶闸管的阴、阳极之间和第二试验晶闸管的阴、阳极之间。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，时间继电器为常闭触点开关，时间继电器进行计时，常闭触点开关闭合，浪涌周波通过第一试验晶闸管或第二试验晶闸管；时间继电器计时结束，常闭触点开关断开，周波浪涌实验结束。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，第一开关为双刀双掷开关，双刀双掷开关中的一个开关连接在外界交流电源与时间继电器的第一触点、第二触点之间，双刀双掷开关中的另一个开关通过时间继电器的常闭触点开关连接在第一试验晶闸管的门极与第二试验晶闸管的门极之间，浪涌周波数由时间继电器的常闭触点开关和双刀双掷开关来进行控制，当第一开关闭合，时间继电器开始进行计时。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，波形记录装置的另一路波形采集端子连接在变压装置的输出端。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，变压装置包括变压器和调压器，变压器和调压器串联连接，并通过第二开关连接输入交流电。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，分流器连接在第一试验晶闸管和第二试验晶闸管的连接点与调压器的输出端之间，用于对通过第一试验晶闸管或第二试验晶闸管的电流进行采样。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，周波浪涌试验装置包括有一个以上的变压装置，一个以上的变压装置通过并联方式连接，以增大输出电流。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，时间继电器的第三触点和第四触点形成常闭触点开关，并通过第一开关连接在第一试验晶闸管和第二试验晶闸管的门极之间，实现反并联的第一试验晶闸管和第二试验晶闸管的门极相串触发。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，电阻为水阻。

作为本发明一种周波浪涌试验装置进一步的实施方式，波形记录装置为示波器。

通过应用本发明实施方式所描述的一种周波浪涌试验装置，解决了现有技术存在的只能进行单次周波浪涌电流试验，且测试周波信号频率极不稳定，发生周波参数难以控制的技术问题。实现了对大功率半导体器件进行任意次周波浪涌电流测试，且对测试周波发生的参数和精度极易控制，同时周波浪涌试验装置的控制也简单实用。

附图说明

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，下面将对实施例或现有技术描述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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术单周波浪涌试验装置的电路原理图；

图2为本发明一种周波浪涌试验装置一种实施例的电路原理图；

图3为本发明一种周波浪涌试验装置另一种实施例的电路原理图；

其中，1-时间继电器，3-第一试验晶闸管，4-第二试验晶闸管，6-波形记录装置，9-电阻，2-第一触点，7-第二触点，5-第三触点，8-第四触点，10-变压装置，11-变压装置N，S1-第一开关，S2-分流器，K-第二开关，T1、T3-变压器，T2、T4-调压器。

具体实施方式

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的一部分实施例，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作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。

作为本发明一种电路原理图的具体实施方式，如图2所示，一种周波浪涌试验装置，包括时间继电器1、第一试验晶闸管3、第二试验晶闸管4、波形记录装置6、电阻9、变压装置10、分流器S2、第一开关S1和第二开关K，变压装置10的输入端通过第二开关K连接输入交流电，第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4采取反并联的连接方式，即第一试验晶闸管3的阴极连接第二试验晶闸管4的阳极，第二试验晶闸管4的阴极连接第一试验晶闸管3阳极，第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4的门极通过时间继电器1和第一开关S1相互连接，变压装置10的输出端与电阻9、反并联的第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4，以及分流器S2依次相连形成电回路，波形记录装置6的一路波形采集端子同时并联在第一试验晶闸管3的阴、阳极之间和第二试验晶闸管4的阴、阳极之间；波形记录装置6的另一路波形采集端子连接在变压装置10的输出端。波形记录装置6进一步为示波器。

其中，时间继电器1为常闭触点开关，时间继电器1进行计时，常闭触点开关闭合，浪涌周波通过第一试验晶闸管3或第二试验晶闸管4；时间继电器1计时结束，常闭触点开关断开，周波浪涌实验结束。时间继电器1的第三触点5和第四触点8形成常闭触点开关，并通过第一开关S1连接在第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4的门极之间，实现反并联的第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4的门极相串触发。第一开关S1为双刀双掷开关，双刀双掷开关中的一个开关连接在外界交流电源与时间继电器1的第一触点2、第二触点7之间，双刀双掷开关中的另一个开关通过时间继电器1的常闭触点开关连接在第一试验晶闸管3的门极和第二试验晶闸管4的门极之间，浪涌周波数由时间继电器1的常闭触点开关和双刀双掷开关来进行控制，当第一开关S1闭合，时间继电器1开始进行计时。

本发明具体实施方式所述的周波浪涌试验试验采用调压器、变压器、水阻等组合，对被试晶闸管元件施加浪涌电流；触发方式采取反并联的2只元件门极相串触发；浪涌周波数由时间继电器1的常闭点开关和双刀双掷开关来进行控制。尤其是触发方式采取反并联的2 只元件门极相串触发短阳极触发接法。这种触发方式和如图1所示的门极触发方式不同，在电路上至今没有发现这种接法应用。通过发出门极脉冲控制晶闸管导通一直是一种经典的应用方式，因为在晶闸管的门极和阴极之间通常是表现出二极管的特性。而在本发明具体实施方式的特定应用条件之下，经过反复的测试和多年来实际应用的经验发现，试验条件下的被试晶闸管门极和阴极之间通常表现出电阻的特性，即门阴极电阻R_GK。因此，本发明具体实施方式所描述的周波浪涌试验装置是通过采取巧妙的电路接法，克服了技术中的偏见，达到了很好的发明效果。同时，时间继电器1能够非常精确地控制施加在被试晶闸管上的周波数，能够对施加在被试晶闸管上的周波数进行任意控制，包括发出单周波或者N周波。

变压装置10包括变压器T1和调压器T2，变压器T1和调压器T2串联连接，并通过第二开关K连接输入交流电。作为本发明进一步的实施方式，如图3所示，周波浪涌试验装置包括有一个以上的变压装置10，一个以上的变压装置10通过并联方式连接，以增大输出电流。图3所示是采用了多组变压装置并联的方式，变压装置N 11进一步包括变压器T3和调压器T4。电阻9进一步为水阻，水阻是一种外壳通水以进行冷却的电阻，水用来带走电阻发热产生的热量。

对大功率半导体器件的周波浪涌试验一般包括考核在相同浪涌电流值和不同浪涌电流周波数情况下的结温升能力及元件在此工况下，性能是否正常，以满足实际工况的需要。在进行周波浪涌试验时，首先按照图2所示的连接方式将周波浪涌试验装置电路进行连接，安装好被试的第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4，连接好时间继电器1和示波器。其中，示波器采用Tektronix TDS3052B 示波器，5V/1000HZ 档；检测时间继电器1的s档，延时时间为0.01s-99s；时间继电器1采用DELIXI JSS48A 数显时间继电器，8 脚正计时端，通电延时1 转换。时间继电器1的2、7 触点外接220V 交流供电电源，常闭触点5、8 接示波器的自检信号端。同时，时间继电器1串入一个双刀双掷开关S1。预先设定好延时时间，闭合开关接通电源，时间继电器开始计时，计时结束瞬间，5、8 常闭触点跳开，通过示波器记录下计时开始到跳开这段时间的波形；断开开关，5、8 触点恢复常闭状态，但是由于双掷开关S1 断开，继电器与示波器之间也是断路的，此时没有波形，继电器又恢复了初始状态。这样，通过串入一个双刀双掷开关S1，就可以较准确地记录下继电器延时那段时间的波形。

试验晶闸管元件采用2只反并联方式接入电路，用示波器记录通过被试元件的浪涌电流波形及通态压降波形，分流器S2连接在第一试验晶闸管3和第二试验晶闸管4的连接点与调压器T2的输出端之间，这里的分流器S2用来进行电流采样，也可以通过电流探头代替。通过检测被试晶闸管元件的浪涌电流值，用铜－康铜材料的热电偶测量元件台面温度变化，用电位差计测量热电偶所传递的温度值来考察元件的性能。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种周波浪涌试验装置，其特征在于：包括时间继电器（1）、第一试验晶闸管（3）、第二试验晶闸管（4）、波形记录装置（6）、电阻（9）、变压装置（10）、分流器（S2）、第一开关（S1）和第二开关（K），变压装置（10）的输入端通过第二开关（K）连接输入交流电，第一试验晶闸管（3）和第二试验晶闸管（4）采取反并联的连接方式，即第一试验晶闸管（3）的阴极连接第二试验晶闸管（4）的阳极，第二试验晶闸管（4）的阴极连接第一试验晶闸管（3）阳极；时间继电器（1）的第三触点（5）和第四触点（8）形成常闭触点开关，时间继电器（1）通过第一开关（S1）连接在第一试验晶闸管（3）的门极和第二试验晶闸管（4）的门极之间，实现反并联的第一试验晶闸管（3）和第二试验晶闸管（4）的门极相串触发；第一开关（S1）为双刀双掷开关，双刀双掷开关中的一个开关连接在外界交流电源与时间继电器（1）的第一触点（2）、第二触点（7）之间，双刀双掷开关中的另一个开关通过时间继电器（1）的常闭触点开关连接在第一试验晶闸管（3）的门极与第二试验晶闸管（4）的门极之间，浪涌周波数由时间继电器（1）的常闭触点开关和双刀双掷开关来进行控制，当第一开关（S1）闭合，时间继电器（1）开始进行计时；变压装置（10）的输出端与电阻（9）、反并联的第一试验晶闸管（3）和第二试验晶闸管（4），以及分流器（S2）依次相连形成电回路，波形记录装置（6）的一路波形采集端子同时并联在第一试验晶闸管（3）的阴、阳极之间和第二试验晶闸管（4）的阴、阳极之间。

2.根据权利要求1所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：当所述第一开关（S1）闭合，时间继电器（1）进行计时，常闭触点开关闭合，浪涌周波通过第一试验晶闸管（3）或第二试验晶闸管（4）；时间继电器（1）计时结束，常闭触点开关断开，周波浪涌实验结束。

3.根据权利要求1或2所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述波形记录装置（6）的另一路波形采集端子连接在变压装置（10）的输出端。

4.根据权利要求3所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述的变压装置（10）包括变压器（T1）和调压器（T2），变压器（T1）和调压器（T2）串联连接，并通过第二开关（K）连接输入交流电。

5.根据权利要求1、2、4中任一权利要求所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述的分流器（S2）连接在第一试验晶闸管（3）和第二试验晶闸管（4）的连接点与调压器（T2）的输出端之间，用于对通过第一试验晶闸管（3）或第二试验晶闸管（4）的电流进行采样。

6.根据权利要求4所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述的周波浪涌试验装置包括有一个以上的变压装置（10），所述一个以上的变压装置（10）通过并联方式连接，以增大输出电流。

7.根据权利要求5所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述的电阻（9）为水阻。

8.根据权利要求6或7所述的一种周波浪涌试验装置，其特征在于：所述的波形记录装置（6）为示波器。

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