CN105807103A - 一种单次方波脉冲电流源 - Google Patents
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Abstract
本发明属涉及一种单次方波脉冲电流源，其包括嵌入式计算机控制单元、高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元、放电LC网络、阻抗匹配单元和放电输出单元，嵌入式计算机控制单元通过PCI总线分别与高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元连接，高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元、放电LC网络、阻抗匹配单元、放电输出单元通过PCI总线依次连接。本发明公开的一种单次方波脉冲电流源具有以下有益之处：(1)单次方波脉冲电流源产生脉冲电流幅度范围100A～5000A；(2)单次方波脉冲电流源脉冲电流顶部平坦度优于±3％。(3)单次方波脉冲电流源技术指标优于±5％。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，涉及一种电流源，具体涉及一种单次方波脉冲电流源。
背景技术
功率半导体器件是进行功率处理的半导体器件，它包括功率二极管、功率开关器件与功率集成电路。功率半导体器件技术是电力电子技术的基础与核心，它是微电子技术与电力电子技术的结合，其主要代表是场型控功率器件和智能功率集成电路(SmartPowerIC-SPIC)。
功率半导体器件具有输入阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、元件容量大等卓越性能。功率半导体器件的电压可以达到几千伏，电流可以达到上千安培，功率可以达到几兆瓦，在这样的条件下进行脉冲测试时，获得的脉冲宽度往往在几微秒到几百微秒之间，因而功率半导体器件广泛应用在航空、航天和军工电子等领域专用的开关电源、交流电机控制系统、舰艇上的导弹发射装置等。
功率半导体器件参数的测试主要使用功率半导体器件参数的设备。在对功率半导体器件进行参数测试时，广泛使用脉冲测试法，即在功率半导体器件施加单次方波脉冲电压源和单次方波脉冲电流源的条件下进行测试，使被测器件既满足参数测试规定的测试条件，又满足规定的测试环境温度。而对于功率IGBT模块动静态参数测试而言，由于所需要施加的脉冲功率更大，因此，对脉冲宽度要求也较为严格，国标通用半导体器件参数测试要求施加单次方波脉冲电流源脉冲宽度为300μs，对于功率IGBT模块而言，还是会有发热问题存在。
国外典型测试设备—瑞士LEMSYS公司的TRDS系列产品，在测试动静态参数时候，所使用单次方波脉冲电流源所提供脉冲电流源的脉冲宽度为50μs，即施加脉冲电流时间均限制在50μs。
由于技术封锁等原因，详细设计原理不得而知。
国内对于功率半导体器件参数进行测试时，所使用300μs脉冲电流源较为常见，且由于技术水平限制，脉冲电流幅度100A～1000A且脉冲宽度300μs的单次方波脉冲电流源有一些介绍，而100A～5000A、脉冲宽度50μs的应用于功率半导体器件参数测试的单次方波脉冲电流源未见相关报道。
发明内容
发明目的：本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明公开了一种单次方波脉冲电流源，其能够快速、准确的输出100A～5000A的脉冲宽度50μs单次方波脉冲。
技术方案：一种单次方波脉冲电流源，包括嵌入式计算机控制单元、高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元、放电LC网络、阻抗匹配单元和放电输出单元，
所述嵌入式计算机控制单元通过PCI总线分别与高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元连接，
所述高压充电单元、所述高压充电保护单元、所述高压测量单元、所述放电LC网络、所述阻抗匹配单元、所述放电输出单元通过PCI总线依次连接。
进一步地，所述高压充电单元的输出端通过PCI总线与所述高压充电保护单元的输入端相连，
所述高压充电保护单元的输出端通过PCI总线与所述高压测量单元的输入端相连，
所述高压测量单元的输出端通过PCI总线与所述放电LC网络的输入端相连，
所述放电LC网络的输出端通过PCI总线与所述阻抗匹配单元的输入端相连，
所述阻抗匹配单元的输出端通过PCI总线与所述放电输出单元的输入端相连。
进一步地，所述嵌入式计算机控制单元是欧姆龙公司生产的型号为CP1EB的PLC。
进一步地，所述高压充电保护单元是真空高压继电器。
进一步地，所述高压测量单元是脉冲高压分压器。
进一步地，所述阻抗匹配单元是阻抗匹配电阻。采用输出端短路线形式实现，短路线长度为0.8m。
进一步地，所述放电输出单元为1Ω脉冲分流器。
进一步地，所述高压充电单元的输出电压范围为0.1kV～10kV，所述高压充电单元的输出电流范围为2A～10mA。
进一步地，所述放电LC网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，
第一电容的一端通过电缆分别与第一电感、输入高端相连接，
第一电容的另一端通过电缆分别与接地端、输入低端连接；
第二电容的一端通过电缆直分别与第一电感、第二电感连接，
第二电容的另一端通过电缆与接地端相连接；
第三电容的一端通过电缆直与第二电感、第三电感连接，
第三电容的另一端通过电缆与接地端连接；
第四电容的一端通过电缆与第三电感、第四电感连接，
第四电容的另一端通过电缆与接地端连接；
第五电容的一端通过电缆与第四电感、第五电感的一端连接，
第五电容的另一端通过电缆与接地端、输出低端连接；
第五电感的另外一端通过电缆与输出高端相连，
输入高端、输入低端通过铜质压片与高压测量单元压接，
输出高端、输出低端通过铜质压片与阻抗匹配单元压接。
进一步地，第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感的电感量为20μH～40μH。
进一步地，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容的电容量为1.5μF～5μF，耐压值高于1.5kV。
进一步地，所述的阻抗匹配单元内部采用0.8m输出短路线进行阻抗匹配，能够配合放电输出单元输出脉冲幅度在100A～5000A的单次脉冲电流。
有益效果：本发明公开的一种单次方波脉冲电流源具有以下有益之处：
(1)所采用放电lC网络所用电感值在1.5μF～5μF，所用电感值20μH～40μH，单次方波脉冲电流源产生脉冲电流幅度范围100A～5000A；
(2)单次方波脉冲电流源脉冲电流顶部平坦度优于±3％。
(3)单次方波脉冲电流源技术指标优于±5％。
附图说明
图1是本发明公开的一种单次方波脉冲电流源的结构示意图；
图2是放电LC网络的结构示意图。
其中：
1-嵌入式计算机控制单元2-高压充电单元
3-高压充电保护单元4-高压测量单元
5-放电LC网络6-阻抗匹配单元
7-放电输出单元8-第一电感
9-第二电感10-第三电感
11-第四电感12-第五电感
13-第一电容14-第二电容
15-第三电容16-第四电容
17-第五电容18-接地端
19-输入高端20-输入低端
21-输出高端22-输出低端
具体实施方式：
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
如图1～2所示，一种单次方波脉冲电流源，包括嵌入式计算机控制单元1、高压充电单元2、高压充电保护单元3、高压测量单元4、放电LC网络5、阻抗匹配单元6和放电输出单元7，
嵌入式计算机控制单元1通过PCI总线分别与高压充电单元2、高压充电保护单元3、高压测量单元4连接，
高压充电单元2、高压充电保护单元3、高压测量单元4、放电LC网络5、阻抗匹配单元6、放电输出单元7通过PCI总线依次连接。
进一步地，高压充电单元2的输出端通过PCI总线与高压充电保护单元3的输入端相连，
高压充电保护单元3的输出端通过PCI总线与高压测量单元4的输入端相连，
高压测量单元4的输出端通过PCI总线与放电LC网络5的输入端相连，
放电LC网络5的输出端通过PCI总线与阻抗匹配单元6的输入端相连，
阻抗匹配单元6的输出端通过PCI总线与放电输出单元7的输入端相连。
进一步地，嵌入式计算机控制单元1是欧姆龙公司生产的型号为CP1EB的PLC。
进一步地，高压充电保护单元3是真空高压继电器。
进一步地，高压测量单元4是脉冲高压分压器。
进一步地，阻抗匹配单元6是阻抗匹配电阻。采用输出端短路线形式实现，短路线长度为0.8m。
进一步地，放电输出单元7为1Ω脉冲分流器。
进一步地，高压充电单元2的输出电压范围为0.1kV～10kV，高压充电单元2的输出电流范围为2A～10mA。
进一步地，放电LC网络5包括第一电感8、第二电感9、第三电感10、第四电感11、第五电感12、第一电容13、第二电容14、第三电容15、第四电容16和第五电容17，
第一电容13的一端通过电缆分别与第一电感8、输入高端19相连接，
第一电容13的另一端通过电缆分别与接地端18、输入低端20连接；
第二电容14的一端通过电缆直分别与第一电感8、第二电感9连接，
第二电容14的另一端通过电缆与接地端18相连接；
第三电容15的一端通过电缆直与第二电感9、第三电感10连接，
第三电容15的另一端通过电缆与接地端18连接；
第四电容16的一端通过电缆与第三电感10、第四电感11连接，
第四电容16的另一端通过电缆与接地端18连接；
第五电容17的一端通过电缆与第四电感11、第五电感12的一端连接，
第五电容17的另一端通过电缆与接地端18、输出低端22连接；
第五电感12的另外一端通过电缆与输出高端21相连，
通过输入高端19、输入低端20通过铜质压片与高压测量单元4压接，
通过输出高端21、输出低端22通过铜质压片与阻抗匹配单元6压接。
进一步地，第一电感8、第二电感9、第三电感10、第四电感11、第五电感12的电感量为20μH～40μH。
进一步地，第一电容13、第二电容14、第三电容15、第四电容16、第五电容17的电容量为1.5μF～5μF，耐压值高于1.5kV。
进一步地，阻抗匹配单元6内部采用0.8m输出短路线进行阻抗匹配，能够配合放电输出单元7输出脉冲幅度在100A～5000A的单次脉冲电流。
上面对本发明的实施方式做了详细说明。但是本发明并不限于上述实施方式，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (9)
1.一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，包括嵌入式计算机控制单元、高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元、放电LC网络、阻抗匹配单元和放电输出单元，
所述嵌入式计算机控制单元通过PCI总线分别与高压充电单元、高压充电保护单元、高压测量单元连接，
所述高压充电单元、所述高压充电保护单元、所述高压测量单元、所述放电LC网络、所述阻抗匹配单元、所述放电输出单元通过PCI总线依次连接。
2.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述高压充电单元的输出端通过PCI总线与所述高压充电保护单元的输入端相连，
所述高压充电保护单元的输出端通过PCI总线与所述高压测量单元的输入端相连，
所述高压测量单元的输出端通过PCI总线与所述放电LC网络的输入端相连，
所述放电LC网络的输出端通过PCI总线与所述阻抗匹配单元的输入端相连，
所述阻抗匹配单元的输出端通过PCI总线与所述放电输出单元的输入端相连。
3.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述高压充电保护单元是真空高压继电器。
4.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述高压测量单元是脉冲高压分压器。
5.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述放电输出单元为1Ω脉冲分流器。
6.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述高压充电单元的输出电压范围为0.1kV～10kV，所述高压充电单元的输出电流范围为2A～10mA。
7.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，所述放电LC网络包括第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感、第一电容、第二电容、第三电容、第四电容和第五电容，
第一电容的一端通过电缆分别与第一电感、输入高端相连接，
第一电容的另一端通过电缆分别与接地端、输入低端连接；
第二电容的一端通过电缆直分别与第一电感、第二电感连接，
第二电容的另一端通过电缆与接地端相连接；
第三电容的一端通过电缆直与第二电感、第三电感连接，
第三电容的另一端通过电缆与接地端连接；
第四电容的一端通过电缆与第三电感、第四电感连接，
第四电容的另一端通过电缆与接地端连接；
第五电容的一端通过电缆与第四电感、第五电感的一端连接，
第五电容的另一端通过电缆与接地端、输出低端连接；
第五电感的另外一端通过电缆与输出高端相连，
输入高端、输入低端通过铜质压片与高压测量单元压接，
输出高端、输出低端通过铜质压片与阻抗匹配单元压接。
8.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，第一电感、第二电感、第三电感、第四电感、第五电感的电感量为20μH～40μH。
9.根据权利要求1所述的一种单次方波脉冲电流源，其特征在于，第一电容、第二电容、第三电容、第四电容、第五电容的电容量为1.5μF～5μF，耐压值高于1.5kV。
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