CN108051723B - 一种大电流关断特性测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大电流关断特性测试方法。该方法包括：在初始时刻导通被测器件，并逐渐增加电流；在第一时刻对被测器件施加关断信号，记录电流为第一电流值；检测电流变化并导通保护电路，保护电路与被测器件并联；若电流波动或持续上升，则减小第一时刻与初始时刻的时间间隔重新测试；若电流持续下降，则在电流下降到一定程度后关断保护电路；再次导通被测器件并施加关断信号，记录电流为第二电流值；检测电流变化并导通保护电路；若电流持续下降，则增大时间间隔重新测试；若电流波动或持续上升，则确定可关断的电流最大值介于第一电流值和第二电流值之间。本发明的测试方法，可以避免对被测器件造成损坏，大大降低测试成本。

Description

一种大电流关断特性测试方法

技术领域

本发明涉及高压直流输电领域，特别是涉及一种大电流关断特性测试方法。

背景技术

高压直流输电因具有交流输电不可替代的优点，在远距离大功率输电和交流系统的非同步联络等方面得到广泛的应用。高压直流断路器是高压直流电网中的重要设备。近年来随着基于全控型半导体器件的混合式高压直流断路器的发展，全控型半导体器件(如IGCT、IGBT等)的工作性能愈发引起业界关注。混合式高压直流断路器可以依靠全控型半导体器件分断电流值很大的故障电流，所以全控型半导体器件关断大电流的能力影响着混合式高压直流断路器的性能。

针对全控型半导体器件的大电流关断能力，目前已有很多采取热循环或功率循环等测试方法的研究，但这些研究往往针对的是全控型半导体器件的传统工况，即短时间内反复开关近似等于额定值的电流，很少有研究将混合式高压直流断路器工况作为重心。

同时，全控型半导体器件的制造商一般不会提供全控型半导体器件可关断的最大电流值，故想充分认知全控型半导体器件的大电流关断性能，研究人员需要进行测试确定全控型半导体器件可关断的最大电流值。然而在对全控型半导体器件进行可关断的最大电流值的测试时，由于并不清楚全控型半导体器件可关断的最大电流值的范围，容易在施加大电流时对全控型半导体器件造成不可挽回的损坏，导致测试成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种大电流关断特性测试方法，可以避免在测试过程中对被测器件造成损坏，使得被测器件可以进行多次测试，大大降低了测试成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种大电流关断特性测试方法，利用具有保护电路的测试电路进行测试，所述保护电路的一端与所述被测器件的一端连接，所述保护电路的另一端与所述被测器件的另一端均接地；所述测试方法包括：

导通所述被测器件，并逐渐增加流过所述被测器件的电流，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻；

在第一时刻对所述被测器件施加第一次关断信号，记录所述第一时刻的电流为第一电流值；

实时检测流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间内导通所述保护电路使流过所述被测器件的电流值下降到第一电流范围内；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第一次关断失败，则减小所述第一时刻与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第一次关断成功，则在所述电流下降到所述第一电流范围内后关断所述保护电路；

再次导通所述被测器件并继续增加流过所述被测器件的电流，使流过所述被测器件的电流值超过所述第一电流值，并在第二时刻对所述被测器件施加第二次关断信号，并记录所述第二时刻的电流值为第二电流值；所述第二电流值大于所述第一电流值；

实时检测流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间内导通所述保护电路使流过所述被测器件的电流值下降到第一电流范围内；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第二次关断成功，则增大所述第一时刻与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功且第二次关断失败；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第二次关断失败，则确定所述被测器件可关断的电流最大值介于所述第一电流值和所述第二电流值之间。

可选的，所述导通所述被测器件，并逐渐增加流过所述被测器件的电流，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻，具体包括：

利用直流电源给电容支路充电，当所述电容支路两端的电压达到预设电压阈值后，断开所述直流电源；所述电容支路与所述被测器件串联且所述电容支路的一端接地；

导通开关支路；所述开关支路与所述被测器件串联；

导通所述被测器件，此时电容支路放电使得流过所述被测器件的电流增大，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻。

可选的，所述再次导通所述被测器件并继续增加流过所述被测器件的电流，使流过所述被测器件的电流值超过所述第一电流值，具体包括：

关断所述保护电路后，通过续流支路开始续流；所述续流支路与所述被测器件串联；

经过预设时延后导通所述被测器件，使流过所述被测器件的电流开始增加。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：通过设置保护电路，使得在被测器件关断之后能够迅速降低流过所述被测器件的电流，避免被测器件受到大电流冲击造成损坏，从而大大降低了测试成本。同时通过在电路中设置电容支路和续流支路，使得在每一次测试时都可以对被测器件施加两次大电流，可以通过单次试验确定被测器件可以关断的最大电流值所在的区间，提高试验效率。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明大电流关断特性测试方法实施例中该测试方法所采用的测试电路的电路结构图；

图2为本发明大电流关断特性测试方法实施例的方法流程图；

图3为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功的情况下开关支路、保护电路和被测器件的导通状态时序图；

图4为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功第二次关断成功情况下的电流波形图；

图5为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功第二次关断失败情况下的电流波形图。

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做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。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明大电流关断特性测试方法实施例中该测试方法所采用的测试电路的电路结构图。

参见图1，该测试电路包括电容支路1、开关支路2、续流支路3和保护电路4；所述电容支路1的一端接地，另一端与所述开关支路2的一端连接；所述开关支路2的另一端与所述续流支路3的一端连接；所述续流支路3的另一端与所述被测器件5的一端连接；所述被测器件5的另一端接地；所述保护电路4与所述被测器件5并联。

所述续流支路3由电感和二极管并联组成。

图2为本发明大电流关断特性测试方法实施例的方法流程图。

参见图2，该大电流关断特性测试方法包括：

步骤201：利用直流电源给电容支路1充电，当所述电容支路1两端的电压达到预设电压阈值后，断开所述直流电源，使所述直流电源与测试电路中的其他元件隔离开来。

步骤202：导通所述开关支路2。

步骤203：导通所述被测器件5，此时所述电容支路1放电使得流过所述被测器件5的电流增大，记录导通所述被测器件5的时刻为初始时刻。

步骤204：在第一时刻t₁对所述被测器件5施加第一次关断信号，记录所述第一时刻t₁的电流为第一电流值；为保证测试的成功率，根据参数设计和经验估计选择合适的时刻或适当的电流下，对所述被测器件5施加第一次关断信号，从而尽量保证第一次关断成功。

步骤205：实时检测流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间T内导通所述保护电路4使所述流过所述被测器件的电流值下降到第一电流范围内。被测器件5的电流在下降过程中通过保护电路4分流，被测器件5的电流的下降速率突然增大说明保护电路4已经导通。所述预设时间T为几十纳秒。所述第一电流范围为电流值接近0的范围。

步骤206：若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第一次关断失败，则减小所述第一时刻t₁与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功。

步骤207：若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第一次关断成功，则在所述电流下降到所述第一电流范围内后关断所述保护电路4。

关断所述保护电路4后，续流支路3自动开始续流。

步骤208：经过预设时延后导通所述被测器件5，使流过所述被测器件5的电流开始增加，使所述电流的电流值超过所述第一电流值，并在第二时刻t₃对所述被测器件5施加第二次关断信号，并记录所述第二时刻t₃的电流值为第二电流值；所述第二电流值大于所述第一电流值。由于所述续流支路3的续流作用，被测器件5的电流从一较高数值开始上升，因此流过所述被测器件的电流值很容易升高到高于所述第一电流值的范围内。

步骤209：实时流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间T内导通所述保护电路4使流过所述被测器件的电流值下降到第一电流范围内。

步骤210：若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第二次关断成功，则增大所述第一时刻与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功且第二次关断失败。

步骤211：若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第二次关断失败，则确定所述被测器件5可关断的电流最大值介于所述第一电流值和所述第二电流值之间。

步骤212：关断所述开关支路2。

图3为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功的情况下开关支路、保护电路和被测器件的导通状态时序图。

参见图3，当第一次关断成功时，测试电路中开关支路、保护电路和被测器件导通关断状态依次为：开关支路导通→被测器件导通→被测器件关断→保护电路导通→保护电路关断→被测器件导通→被测器件关断→保护电路导通→保护电路关断→开关支路关断。

图4为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功第二次关断成功情况下的电流波形图。

参见图4，在该波形图中，第一时刻t₁对所述被测器件施加第一次关断信号后，该第一次关断成功，流过所述被测器件的电流在第一时刻t₁停止上升并开始下降；经过预设时间T后，即在第一保护时刻t₂时，导通所述保护电路，此后流过所述被测器件的电流以较高的速率下降。经过续流后，在第二时刻t₃对所述被测器件施加第二次关断信号，该第二次关断成功，流过所述被测器件的电流在第二时刻t₃停止上升并开始下降；经过预设时间T后，即在第二保护时刻t₄时，导通所述保护电路，此后流过所述被测器件的电流以较高的速率下降。

图5为本发明大电流关断特性测试方法实施例中第一次关断成功第二次关断失败情况下的电流波形图。

参见图5，在该波形图中，第一时刻t₁对所述被测器件施加第一次关断信号后，该第一次关断成功，流过所述被测器件的电流在第一时刻t₁停止上升并开始下降；经过预设时间T后，即在第一保护时刻t₂时，导通所述保护电路，此后流过所述被测器件的电流以较高的速率下降。经过续流后，在第二时刻t₃对所述被测器件施加第二次关断信号，该第二次关断失败，流过所述被测器件的电流在第二时刻t3发生波动并有上升趋势；经过预设时间T后，即在第二保护时刻t₄时，导通所述保护电路，此后流过所述被测器件的电流以较高的速率下降。

由图4和图5可知，由于保护电路的作用，即便在关断失败的情况下，也能在极短的时间内迅速降低流过所述被测器件的电流，避免使被测器件在大电流的冲击下发生损坏。

本发明提供的大电流关断特性测试方法，由于保护电路的存在，被测器件即使在测试中发生失效也不会损坏，不影响针对该被测器件的后续测试，即可以进行多次试验测量。通过调节被测器件两次导通的时间可以较便捷地改变第一电流值和第二电流值之间差值的大小，从而将测得的被测器件可关断最大电流值所在区间限定在一个较小的范围内，能有效提高测量精度。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (3)

1.一种大电流关断特性测试方法，其特征在于，利用具有保护电路的测试电路进行测试，所述保护电路的一端与被测器件的一端连接，所述保护电路的另一端与所述被测器件的另一端均接地；所述测试方法包括：

导通所述被测器件，并逐渐增加流过所述被测器件的电流，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻；

在第一时刻对所述被测器件施加第一次关断信号，记录所述第一时刻的电流为第一电流值；

实时检测流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间内导通所述保护电路使流过所述被测器件的电流值下降到第一电流范围内；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第一次关断失败，则减小所述第一时刻与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第一次关断成功，则在所述电流下降到所述第一电流范围内后关断所述保护电路；

再次导通所述被测器件并继续增加流过所述被测器件的电流，使流过所述被测器件的电流值超过所述第一电流值，并在第二时刻对所述被测器件施加第二次关断信号，并记录所述第二时刻的电流值为第二电流值；所述第二电流值大于所述第一电流值；

实时检测流过所述被测器件的电流的电流变化并在预设时间内导通所述保护电路使流过所述被测器件的电流下降到第一电流范围内；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为持续下降，表示第二次关断成功，则增大所述第一时刻与所述初始时刻的时间间隔重新测试，直到第一次关断成功且第二次关断失败；

若流过所述被测器件的电流的电流变化为波动或持续上升，表示第二次关断失败，则确定所述被测器件可关断的电流最大值介于所述第一电流值和所述第二电流值之间。

2.根据权利要求1所述的一种大电流关断特性测试方法，其特征在于，所述导通所述被测器件，并逐渐增加流过所述被测器件的电流，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻，具体包括：

利用直流电源给电容支路充电，当所述电容支路两端的电压达到预设电压阈值后，断开所述直流电源；所述电容支路与所述被测器件串联且所述电容支路的一端接地；

导通开关支路；所述开关支路与所述被测器件串联；

导通所述被测器件，此时电容支路放电使得流过所述被测器件的电流增大，记录导通所述被测器件的时刻为初始时刻。

3.根据权利要求1所述的一种大电流关断特性测试方法，其特征在于，所述再次导通所述被测器件并继续增加流过所述被测器件的电流，使流过所述被测器件的电流值超过所述第一电流值，具体包括：

关断所述保护电路后，通过续流支路开始续流；所述续流支路与所述被测器件串联；

经过预设时延后导通所述被测器件，使流过所述被测器件的电流开始增加。