CN109901040A - 一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本公开揭示了一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统，包括：高精度高压直流电源DC、充电电阻r、电容C、电感L、晶闸管、晶闸管触发模块、二极管D、精密电阻R和示波器。本公开还揭示了一种对反向恢复电流进行测试的方法。本公开通过将正向高幅值电流和晶闸管关断产生的低幅值反向恢复电流进行分流，从而能够较好的解决反向恢复电流易受外界干扰的问题。

Description

一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统及测试方法
技术领域
本公开属于高压直流输电及大功率半导体特性测试领域，具体涉及一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统及测试方法。
背景技术
高压直流输电凭借在远距离大容量输电以及非同步联网等方面的技术优势，在我国得到了快速发展。目前，直流输电换流阀仍以晶闸管阀为主，其中，晶闸管的反向恢复特性对换流阀的设计、运行及检测具有重要影响。因此，反向恢复特性的测试是晶闸管运维技术研究中的重要环节。
对于超、特高压直流输电换流阀用晶闸管，其具有高压、大容量的特点，在匹配额定通态电流测试条件下，电流波形具有正向幅值高(几百至千安培)，而反向幅值低(仅几安培)的特点。现有测量方法为满足流经正向大电流的要求，通常选用阻值很低(毫欧等级)的电阻分流器对晶闸管的反向恢复电流进行测量，从而使得反向恢复电流的测量绝对值很小，易受到纹波和外界因素的干扰，难以分辨晶闸管之间的差异以及同一晶闸管服役期间的特性变化。因此，为准确提取晶闸管服役期内反向恢复电流特征的变化规律，就需要解决好高压大容量晶闸管反向恢复电流的测量问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本公开的目的在于提供一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统及测试方法，通过将正向高幅值电流与低幅值反向恢复电流分开，能够较好的解决反向恢复电流易受外界干扰的问题。
一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统，包括：高精度高压直流电源DC、充电电阻r、电容C、电感L、晶闸管、晶闸管触发模块、二极管D、精密电阻R和示波器；其中，
所述电容C和所述电感L构成LC振荡电路，用于产生大小和方向周期性变化的振荡电流；
所述高精度高压直流电源DC经所述充电电阻r并联在所述LC振荡电路中电容C的两端，用于为所述电容C充电；
所述晶闸管串联在所述LC振荡电路中，所述晶闸管门极和阴极与所述晶闸管触发模块串联；
所述二极管D和精密电阻R并联构成电流分流器并通过所述晶闸管串入所述LC振荡电路，用于对所述LC振荡电路振荡产生的高幅值正向电流和晶闸管产生的低幅值反向恢复电流进行分流；
所述示波器与由所述二极管D和精密电阻R并联构成的电流分流器通过同轴电缆相连，用于对分流后的低幅值反向恢复电流进行测试。
优选的，所述LC振荡电路振荡产生的高幅值正向电流和所述晶闸管产生的低幅值反向恢复电流分别由所述二极管D和精密电阻R导通。
优选的，所述二极管D为超快恢复二极管。
优选的，所述晶闸管置于温控系统中。
优选的，所述电流分流器中的二极管D和精密电阻R的数量根据电流流通情况调整配置。
优选的，所述电流分流器由含有相变材料的散热装置进行封装。
优选的，所述相变材料采用MgSO4·7H2O与KAl(SO4)2·12H2O按照3∶1的比例复合而成。
优选的，所述电流分流器外接有示波器，用于对所述低幅值反向恢复电流进行测量。
本公开还提供一种对反向恢复电流进行测试的方法，包括：
步骤1：LC振荡电路产生的正向高幅值电流经晶闸管流入二极管并实现由二极管和精密电阻并联构成的电流分流器两端的电压钳位；
步骤2：当LC振荡电路反向振荡时，晶闸管关断并产生反向恢复电流；
步骤3：所述反向恢复电流流过精密电阻并传送至示波器进行测量。
优选的，所述二极管为超快恢复二极管。
与现有技术相比，本公开带来的有益效果为：
1、通过将振荡电路产生的正向高幅值电流和晶闸管关断产生的低幅值反向恢复电流进行分流，能够较好的解决反向恢复电流易受外界干扰的问题；
2、本公开电路结构简单，能够实现系统小型化；
3、通过采用相变材料进行散热，既能够解决超快恢复二极管瞬态过热的问题，又能够控制分流器的体积大小。
附图说明
图1是本公开的一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统结构示意图；
图2是图1所示反向恢复电流测试系统中分流器测量波形图；
图3是图1所示反向恢复电流测试系统中电流分流器的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1至图3和实施例对本公开的技术方案进行详细说明，应理解，以下说明仅是示例性的，并不构成对本公开所要求保护范围的限定。
如图1所示，一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统，包括：高精度高压直流电源DC、充电电阻r、电容C、电感L、晶闸管、晶闸管触发模块、二极管D和精密电阻R；其中，
所述电容C和所述电感L构成LC振荡电路，用于产生大小和方向周期性变化的振荡电流；
所述高精度高压直流电源DC经所述充电电阻r并联在所述LC振荡电路中电容C的两端，用于为所述电容C充电；
所述晶闸管串联在所述LC振荡电路中，所述晶闸管门极和阴极与所述晶闸管触发模块串联；
所述二极管D和精密电阻R并联构成电流分流器并通过所述晶闸管串入所述LC振荡电路，用于对所述LC振荡电路振荡产生的高幅值正向电流和晶闸管产生的低幅值反向恢复电流进行分流；
所述示波器与由所述二极管D和精密电阻R并联构成的电流分流器通过同轴电缆相连，用于对分流后的低幅值反向恢复电流进行测试。
上述实施例中，由高精度高压直流电源DC给电容C充电，充电完成后，通过手动触发的方式触发晶闸管触发模块产生触发信号并使晶闸管导通。同时，电容C开始放电并与电感L构成LC振荡电路，产生大小和方向周期性变化的振荡电流。其中，LC振荡电路产生的正向高幅值电流通过晶闸管，当LC振荡电路反向振荡时，晶闸管关断并产生反向恢复电流。由于二极管的正向导通，通过晶闸管的正向高幅值电流继续通过二极管D并能够实现由二极管D和精密电阻R构成的电流分流器两端的电压钳位，从而限制分流器两端的电压大小。
需要说明的是，本实施例中的二极管D采用超快恢复二级管，具有开关特性好、反向恢复时间超短的特点，因此能够极大缩短反向恢复时间和有效抑制反向恢复电流。
因为二极管D具有的以上特性，因此，反向恢复电流流过具有较大阻值的精密电阻R，并通过同轴电缆传送至与电流分流器相连的示波器进行记录，从而能够实现反向恢复电流的提取和测试。
由上述可知，本实施例通过由二极管D和精密电阻R构成的电流分流器，能够将正向高幅值电流与低幅值反向恢复电流分开，相比现有技术，本实施例所述方案能够较好解决反向恢复电流的测试易受外界干扰的问题。
另一个实施例中，所述晶闸管置于温控系统中。
该实施例中，将晶闸管置于温度可调且保持恒温的温控系统中，能够实现在不同温度条件下的反向恢复电流测试。
需要说明的是，随着温度升高，晶闸管的反向恢复特性会增大，但呈非线性变化，因此，本实施例不对其变化规律进行过多描述。
另一个实施例中，所述电流分流器由含有相变材料的散热装置进行封装。
二极管D在大通态电流下会导致瞬态结温过高，因此，本实施例通过采用含有相变材料的散热装置，利用相变材料具有吸收潜热大的特性吸收由瞬态高幅值电流脉冲流经二极管D产生的热量，从而能够避免二极管D瞬态结温过高的情况。
另一个实施例中，所述相变材料采用MgSO4·7H2O与KAl(SO4)2·12H2O按照3∶1的比例复合而成。
图2是本公开中电流分流器的结构示意图。如图2所示，电流分流器包括10个同型号的二极管D和10个同型号的精密电阻R并联组成。正向高幅值电流流经二极管D而低幅值反向恢复电流流经阻值较大的精密电阻R。
需要说明的是，图2只是示例性的，在实际应用中，二级管D和精密电阻R的数量可根据电流流通情况调整配置。
图3是电流分流器的测量波形示意图。如图3所示，由于二极管的D导通，正弦脉冲电流测量结果为二极管D的压降0.7～1.5V；反向恢复阶段，由于二极管D反向阻断，电流流经阻值较大的精密电阻R，从而放大反向恢复电流的测量信号。(这里需要进行解释的是，正向电流通常超过500A甚至上千A，反向电流仅有几百mA到几A。不用二极管的情况下，用1欧姆电阻测量正向电流会得到500V甚至1000V以上高压，而二极管能够将正向电压控制在1V左右。而反向恢复电流依然可以通过1欧姆左右的电阻进行测量而得到伏特等级的结果，相当于扩大了测量的信号)
本公开提出的一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统，将正向高幅值电流与低幅值反向恢复电流分开，较好地解决了测量信号小易受干扰的问题；同时，通过采用相变材料散热的方式，既解决了超快恢复二极管瞬态过热的问题，还控制了分流器的体积大小。因此，本公开在高压大功率晶闸管反向恢复电流的测量上更具优势。
尽管以上结合附图对本公开的实施方案进行了描述，但本公开并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本公开权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本公开保护之列。

Claims (10)

1.一种高压大功率晶闸管反向恢复电流测试系统，包括：高精度高压直流电源DC、充电电阻r、电容C、电感L、晶闸管、晶闸管触发模块、二极管D、精密电阻R和示波器；其中，
所述电容C和所述电感L构成LC振荡电路，用于产生大小和方向周期性变化的振荡电流；
所述高精度高压直流电源DC经所述充电电阻r并联在所述LC振荡电路中电容C的两端，用于为所述电容C充电；
所述晶闸管串联在所述LC振荡电路中，所述晶闸管的门极和阴极与所述晶闸管触发模块串联；
所述二极管D和精密电阻R并联构成电流分流器并与所述晶闸管串入所述LC振荡电路，用于对所述LC振荡电路振荡产生的高幅值正向电流和晶闸管产生的低幅值反向恢复电流进行分流；
所述示波器与由所述二极管D和精密电阻R并联构成的电流分流器通过同轴电缆相连，用于对分流后的低幅值反向恢复电流进行测试。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，优选的，所述LC振荡电路振荡产生的高幅值正向电流和所述晶闸管产生的低幅值反向恢复电流分别由所述二极管D和精密电阻R导通。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述二极管D为超快恢复二极管。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶闸管置于温控系统中。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流分流器中的二极管D和精密电阻R的数量根据电流流通情况调整配置。
6.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述电流分流器由含有相变材料的散热装置进行封装。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述相变材料采用MgSO4·7H2O与KAl(SO4)2·12H2O按照3∶1的比例复合而成。
8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流分流器外接有示波器，用于对所述低幅值反向恢复电流进行测量。
9.一种根据权利要求8所述的系统对反向恢复电流进行测试的方法，包括：
步骤1：LC振荡电路产生的正向高幅值电流经晶闸管流入二极管D并实现由二极管D和精密电阻R并联构成的电流分流器两端的电压钳位；
步骤2：当LC振荡电路反向振荡时，晶闸管关断并产生反向恢复电流；
步骤3：所述反向恢复电流流过精密电阻R并传送至示波器进行测试。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述二极管D为超快恢复二极管。
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