CN104714074A - 一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法 - Google Patents

一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法 Download PDF

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张钦
林福昌
陈旭
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Abstract

本发明公开了一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法，该系统包括恒流源辅助支路、主放电回路、信号控制单元和测量结果显示单元，所述恒流源辅助支路并联在待测晶闸管两端，待测晶闸管在主放电回路的脉冲大电流流过前后均处于直流恒流导通状态；本发明提供的测量方法基于本发明提供的测量系统，针对热敏参数法测量结温的过程中晶闸管电压无法准确测量的问题，提出在待测晶闸管两端并联一条直流恒流源辅助支路，使待测晶闸管在通过主放电回路脉冲大电流前后都处于直流恒流导通状态，避免了待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖，从而保证晶闸管导通压降测量结果的准确性。

Description

一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法
技术领域
本发明属于电压测量技术领域，更具体地，涉及一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法。
背景技术
热敏参数法是国际电工委员会标准IEC60747推荐的结温测量方法，一般采用晶闸管电压作为热敏参数。
现有技术中，热敏参数法测量结温中，存在晶闸管导通压降测量不准确的问题。晶闸管在导通时刻的电流接近于零，导通压降是接近于门槛电压的一个微小电压值；由于晶闸管在电流开始上升之前处于阻断状态，阻断电压很高，而且阻断电压的下降存在一个过程，晶闸管两端阻断电压的下降过程会掩盖晶闸管实际的微小导通压降，所以无法准确测量出电流开始上升时刻晶闸管的导通压降
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种晶闸管导通压降测量系统及测量方法，其目的在于在待测晶闸管两端外加恒流源辅助支路，使其在晶闸管导通前后均处于恒流导通状态，避免待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖，以准确测量晶闸管导通压降
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种晶闸管导通压降测量系统，包括主回路供电单元、负载单元、直流恒流源、辅助支路单元和信号控制单元；
主回路供电单元、负载单元与待测晶闸管T1构成主放电回路；待测晶闸管T1的输入端连接主回路供电单元的输出正端，输出端连接负载单元的输入端；负载单元的输出端连接主回路供电单元的输出负端；
直流恒流源和辅助支路单元串联构成恒流源辅助支路并联在待测晶闸管T1的输入端与输出端之间；
信号控制单元的输出端连接主回路供电单元控制信号输入端、辅助支路单元控制信号输入端和待测晶闸管T1的控制端，用于控制主回路供电单元、辅助支路单元和待测晶闸管T1的通断；
恒流源辅助支路在主放电回路放电前、放电过程中以及放电结束后持续向待测晶闸管T1输出直流电流，使得待测晶闸管T1在主放电回路的脉冲大电流流过前、中、后均处于直流恒流导通状态；主放电回路在待测晶闸管T1处于直流恒流导通的条件下放电，避免待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖。
优选的，晶闸管导通压降测量系统还包括测量结果显示单元，测量结果显示单元并联在待测晶闸管T1的输入端与输出端之间，用于采集并显示待测晶闸管T1的导通压降波形及电流波形。
优选的，主回路供电单元包括充电机、保护二极管DC、限流电阻RC、储能电容C和开关T2；所述保护二极管DC的第一端连接充电机输出正端，第二端连接限流电阻RC的第一端，限流电阻RC的第二端连接储能电容C的第一端，储能电容C的第二端连接充电机输出负端并接地；所述开关T2的第一端连接限流电阻RC与储能电容C的串联连接端，第二端连接待测晶闸管T1的输入端；开关T2的控制信号输入端用作主回路供电单元的控制信号输入端。
优选的，开关T2选用晶闸管。
优选的，辅助支路单元包括保护二极管D1、保护二极管D2、第一电阻R和开关K；所述保护二极管D1并联在直流恒流源正负极之间；所述第一电阻R与开关K串联后并联在直流恒流源正负极之间；所述保护二极管D2串联在保护二极管D1与开关K之间；所述开关K的控制信号输入端用作辅助支路单元控制信号输入端；
所述第一电阻R用于在T1未导通时为恒流源提供通路；所述二极管D1用于阻断主放电回路的正向电流，防止主放电回路正向放电电流流入恒流源；所述二极管D2用于旁路反向电流晶闸管关断时产生的反向恢复电流，防止反向恢复电流流入恒流源。
优选的，负载单元包括依次串联的续流二极管D、保护电阻RD、调波电感Ls、调波电阻Rs和负载。
优选的，信号控制单元包括单片机、光耦、第一激光器、中间继电器和第二激光器；所述光耦的输入端连接单片机的输出端；所述第一激光器的输入端连接光耦的第一输出端，输出端连接待测晶闸管T1的控制端；所述中间继电器的输入端连接光耦的第二输出端，输出端连接辅助支路单元控制信号输入端；第二激光器的输入端连接光耦的第三输出端，输出端连接主回路供电单元的控制信号输入端；所述光耦用于隔离信号控制单元与主放电回路。
进一步优选的，测量结果显示单元采用示波器显示待测晶闸管T1的导通压降波形以及电流波形。
为实现本发明的目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种晶闸管导通压降测量方法，所述方法采用本发明提供的晶闸管导通压降测量系统，在主放电回路导通之前触发待测晶闸管T1，使得主放电回路在待测晶闸管T1处于直流恒流导通的条件下放电，具体如下：
(1)在待测晶闸管T1导通之前，对主回路供电单元充电；导通恒流源辅助支路，使得辅助支路单元与待测晶闸管T1形成回路；
(2)当主回路供电单元充电完毕，在主放电回路导通之前触发待测晶闸管T1，使恒流源辅助支路输出的直流电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第一直流恒流导通状态；
(3)导通主放电回路，使主放电回路的放电电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第二直流恒流导通状态；
(4)当主放电回路放电结束后，流经待测晶闸管T1的放电电流降为零；恒流源辅助支路输出的直流电流使待测晶闸管T1处于第三恒流导通状态；
(5)测量结果显示单元采集待测晶闸管T1在第二直流恒流导通状态下的导通压降，显示待测晶闸管导通压降随流过晶闸管的脉冲电流峰值变化的测量结果；
(6)调节主回路供电单元的充电电压，改变流过晶闸管的脉冲电流峰值，重复步骤(1)至(5)。
优选的，在上述步骤(1)中，通过断开开关K控制恒流源辅助支路导通，使得辅助支路单元与待测晶闸管T1形成回路；在所述步骤(3)中，通过开关T2闭合控制主放电回路导通。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明提供的测量系统中由于在待测晶闸管两端并联了一条恒流源辅助支路，待测晶闸管在主放电回路电流流过前后都处于恒流导通状态，避免待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖，能够准确测量到晶闸管导通压降的微小值；
(2)本发明的优选方案提供的测量系统中，所述信号控制单元通过光耦隔离信号控制单元与主放电回路，隔离了信号控制单元工作状态下产生的弱电信号对主放电回路的干扰；
(3)本发明的优选方案提供的测量系统中，所述信号控制单元通过单片机控制各开关的前级驱动器，包括继电器和激光器，实现对开关时序的可编程控制，可达到对晶闸管导通压降测量系统精确的控制的目的；
(4)本发明提供的测量方法中，由于在主放电回来导通前提前触发待测晶闸管，待测晶闸管在通过主放电回路电流的前后都处于直流恒流导通状态，避免了待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖，因此可以准确测量电流刚上升时晶闸管导通压降的微小值。
附图说明
图1是本发明晶闸管导通压降测量系统的系统框图；
图2是本发明晶闸管导通压降测量系统实施例1的电路图；
图3是本发明晶闸管导通压降测量系统实施例1的信号控制单元框图；
图4是本发明实施例2测量得到的待测晶闸管的导通压降与电流波形。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的晶闸管导通压降测量系统的系统框图如图1所示包括：恒流源辅助支路、主放电回路、信号控制单元和电压测量单元；由直流恒流源与辅助支路单元构成所述恒流源辅助支路；主回路供电单元、待测晶闸管与负载单元构成所述主放电回路；恒流源辅助支路在主放电回路放电前、放电过程中以及放电结束后持续向待测晶闸管T1输出直流电流，使得待测晶闸管T1在主放电回路的脉冲大电流流过前、中、后均处于直流恒流导通状态；主放电回路在待测晶闸管T1处于直流恒流导通的条件下放电。
本发明提供晶闸管导通压降测量系统实施例1的部分电路如图2所示，实施例1中的主回路为一个电容储能型脉冲功率源的典型回路；其中，C为储能电容，T1为待测晶闸管，T2为晶闸管；T2用于控制主放电回路的通断，T2导通时阻隔直流电流进入主电放电回路；DC、RC为充电支路的一部分，与充电机和储能电容C一起构成主回路供电单元；D1和D2为保护二极管，D1用于阻隔主放电电流进入直流恒流源，D2用于阻隔晶闸管产生的反向恢复电流进入直流恒流源；R为保护电阻；续流二极管D、保护电阻RD、调波阻感元件Rs、Ls与Load一起构成负载单元；调波阻感元件用于调节主回路的放电电流电压波形。
本发明提供的晶闸管导通压降测量系统实施例1的信号控制单元如图3所示意，测量过程中，开关K，T1，T2的开关时序由单片机控制，单片机输出的控制信号通过光耦合隔离后，输出到各开关的前级驱动器：激光器1、中间继电器和激光器2。
以下结合实施例1提供的晶闸管导通压降测量系统阐述本发明实施例2提供的晶闸管导通压降测量方法，具体如下：
(1)将恒流源调至200A的电流输出，断开K，使得辅助支路单元与待测晶闸管T1形成回路；将示波器的探头连接在待测晶闸管T1两端，如图2中所示的ab端之间；对储能电容C充电；
(2)储能电容C充电完毕后，触发待测晶闸管T1，恒流源辅助支路输出的直流电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第一直流恒流导通状态；
(3)触发T2，使主放电回路的放电电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第二直流恒流导通状态；
主放电回路的脉冲大电流通过T1时，T1两端电压会随着电流的上升而增大，一般在几伏至数十伏之间，为了防止主放电回路正向放电电流流入恒流源，利用恒流源支路上串联的二极管D1阻断正向电流；同时由于晶闸管关断时会存在反向恢复电流，为了防止反向恢复电流流入恒流源，利用恒流源输出端并联的二极管D2旁路反向电流；
(4)当主放电回路放电结束后，流经待测晶闸管T1的放电电流下降为零；恒流源辅助支路输出的直流电流使待测晶闸管T1处于第三恒流导通状态；
(5)测量结果显示单元采集待测晶闸管T1在第二直流恒流导通状态下的导通压降，显示待测晶闸管导通压降随流过晶闸管的脉冲电流峰值变化的测量结果；
(6)调节主回路供电单元的充电电压，改变流过晶闸管的脉冲电流峰值，重复步骤(1)至(5)。
在整个测量过程中，待测晶闸管T1两端的电压都维持在几伏至数十伏之间，采用普通10倍示波器衰减探头进行测量。
本发明的实例2中，主电容C容值为2344μF，调波电感Ls为5μH，负载两端端短接，待测晶闸管为中国株洲南车生产KPC150000-52型号4英寸脉冲晶闸管；待测晶闸管上脉冲电流波形脉宽为400μs左右，调节电容的充电电压即可改变流过晶闸管的脉冲电流峰值；
图4所示为测量得到的流经待测晶闸管的电流波形及晶闸管导通压降波形。当晶闸管流过峰值为12.48kA的脉冲电流时，测得脉冲大电流前后晶闸管导通压降为71.3mv；当晶闸管流过峰值为26kA的脉冲电流时，测得脉冲大电流前后晶闸管正导通压降为118.7mv。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述测量系统包括主回路供电单元、负载单元、直流恒流源、辅助支路单元和信号控制单元；
所述主回路供电单元、负载单元与待测晶闸管T1构成主放电回路；待测晶闸管T1的输入端连接主回路供电单元的输出正端，输出端连接负载单元的输入端；负载单元的输出端连接主回路供电单元的输出负端；
所述直流恒流源和辅助支路单元串联构成恒流源辅助支路并联在待测晶闸管T1的输入端与输出端之间；
所述信号控制单元的输出端连接主回路供电单元控制信号输入端、辅助支路单元控制信号输入端和待测晶闸管T1的控制端，用于控制主回路供电单元、辅助支路单元和待测晶闸管T1的通断；
所述恒流源辅助支路在主放电回路放电前、放电过程中以及放电结束后持续向待测晶闸管T1输出直流电流，使得待测晶闸管T1在主放电回路的脉冲大电流流过前、中、后均处于直流恒流导通状态；主放电回路在待测晶闸管T1处于直流恒流导通的条件下放电，避免待测晶闸管的导通压降被晶闸管两端阻断电压所掩盖。
2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，还包括测量结果显示单元，所述测量结果显示单元并联在待测晶闸管T1的输入端与输出端之间，用于采集并显示待测晶闸管T1的导通压降波形及电流波形。
3.如权利要求2所述的晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述测量结果显示单元采用示波器显示待测晶闸管T1的导通压降波形以及电流波形。
4.如权利要求1或2所述的测量系统，其特征在于，所述主回路供电单元包括充电机、保护二极管DC、限流电阻RC、储能电容C和开关T2；所述保护二极管DC的第一端连接充电机输出正端，第二端连接限流电阻RC的第一端，限流电阻RC的第二端连接储能电容C的第一端，储能电容C的第二端连接充电机输出负端并接地；所述开关T2的第一端连接限流电阻RC与储能电容C的串联连接端，第二端连接待测晶闸管T1的输入端；开关T2的控制信号输入端用作主回路供电单元的控制信号输入端。
5.如权利要求4所述的晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述开关T2选用晶闸管。
6.如权利要求1至5任一项所述的晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述辅助支路单元包括保护二极管D1、保护二极管D2、第一电阻R和开关K；所述保护二极管D1并联在直流恒流源正负极之间；所述第一电阻R与开关K串联后并联在直流恒流源正负极之间；所述保护二极管D2串联在保护二极管D1与开关K之间；所述开关K的控制信号输入端用作辅助支路单元控制信号输入端；
所述第一电阻R用于在T1未导通时为恒流源提供通路；所述二极管D1用于阻断主放电回路的正向电流，防止主放电回路正向放电电流流入恒流源；所述二极管D2用于旁路反向电流晶闸管关断时产生的反向恢复电流，防止反向恢复电流流入恒流源。
7.如权利要求1至6任一项所述的晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述负载单元包括依次串联的续流二极管D、保护电阻RD、调波电感Ls、调波电阻Rs和负载。
8.如权利要求1至7任一项所述的晶闸管导通压降测量系统，其特征在于，所述信号控制单元包括单片机、光耦、第一激光器、中间继电器和第二激光器；所述光耦的输入端连接单片机的输出端；所述第一激光器的输入端连接光耦的第一输出端，输出端连接待测晶闸管T1的控制端；所述中间继电器的输入端连接光耦的第二输出端，输出端连接辅助支路单元控制信号输入端；第二激光器的输入端连接光耦的第三输出端，输出端连接主回路供电单元的控制信号输入端；所述光耦用于隔离信号控制单元与主放电回路。
9.一种采用权利要求1至8任一项所述测量系统的晶闸管导通压降测量方法，其特征在于，在主放电回路导通之前触发待测晶闸管T1，使得主放电回路在待测晶闸管T1处于直流恒流导通的条件下放电，具体如下：
(1)在待测晶闸管T1导通之前，对主回路供电单元充电；导通恒流源辅助支路，使得辅助支路单元与待测晶闸管T1形成回路；
(2)当主回路供电单元充电完毕，在主放电回路导通之前触发待测晶闸管T1，使恒流源辅助支路输出的直流电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第一直流恒流导通状态；
(3)导通主放电回路，使主放电回路的放电电流流经待测晶闸管T1，待测晶闸管T1处于第二直流恒流导通状态；
(4)当主放电回路放电结束后，流经待测晶闸管T1的放电电流降为零；恒流源辅助支路输出的直流电流使待测晶闸管T1处于第三恒流导通状态；
(5)测量结果显示单元采集待测晶闸管T1在第二直流恒流导通状态下的导通压降，显示待测晶闸管导通压降随流过晶闸管的脉冲电流峰值变化的测量结果；
(6)调节主回路供电单元的充电电压，改变流过晶闸管的脉冲电流峰值，重复步骤(1)至(5)。
10.如权利要求9所述的一种测量方法，其特征在于，在所述步骤(1)中，通过断开开关K控制恒流源辅助支路导通，使得辅助支路单元与待测晶闸管T1形成回路；在所述步骤(3)中，通过开关T2闭合控制主放电回路导通。
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