CN110286320B - 具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了属于直流断路器性能测试装置范围的一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路。包括预充电单元、测试电流产生单元、晶闸管触发单元、保护单元、被测半导体组件以及吸能单元。其中：预充电单元与测试电流产生单元，并与电感L1连接组成LC振荡回路，从而产生测试电流；保护单元仅用一个二级管反并联在主回路晶闸管两端；能够限制电抗器由于晶闸管反向恢复过程而承受的电压过冲；吸能单元为一滑动电阻器，并联在被测半导体组件两端。本发明具有测试多种半导体组件的电流关断能力的特点，并且能够防止由于电压过冲造成电抗器绝缘击穿，有效地保护测试用电抗器。

Description

具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路
技术领域
本发明属于直流断路器性能测试装置范围，特别涉及一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路。
背景技术
混合式直流断路器是直流系统安全可靠运行的重要保护手段之一，而半导体组件是混合式直流断路器的开断故障电流的基本核心单元。开展半导体组件关断试验是混合式直流断路器整机试验的基础，也是评估其关断能力以及性能好坏的必要环节，目前没有相关的标准测试方法及回路。针对目前的混合式直流断路器半导体组件关断能力测试电路，本发明提出了一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路，保护单元简单可靠，能够有效防止晶闸管反向恢复带来的电压过冲。
发明内容
本发明的目的是一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路，其特征在于，该具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路包括预充电单元、测试电流产生单元、晶闸管触发单元、保护单元、被测半导体组件以及吸能单元。其中：预充电单元由一个直流电源串联第一机械开关S1组成；测试电流产生单元为在第二机械开关S2串联电阻R1后并联电容器C1组成，并与电感L1连接组成LC振荡回路，从而产生测试电流；保护单元仅用一个二级管反并联在主回路晶闸管两端；能够限制电抗器由于晶闸管反向恢复过程而承受的电压过冲；吸能单元为一滑动电阻器，并联在被测半导体组件两端；被测半导体组件包含IGBT直串结构、二极管全桥结构以及IGBT全桥结构。
所述直流断路器半导体组件关断能力测试回路的实施过程：试验前电路中所有的机械开关、半导体器件均属于断开状态；具体步骤：
A.试验开始时首先闭合第一机械开关S1,给测试电流产生单元的电容器C1充电，达到试验电压要求后，断开第一机械开关S1；
B.测试电流产生单元的测试电流触发被测半导体组件中的半导体器件，0.5ms后测试回路导通；
C.若被测的半导体组件为全控型器件，经过预设的时延后，在t3时刻被测半导体组件关断；若半导体组件为二级管全桥，则二级管全桥承受反压后关断,此时被测半导体组件中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能单元的动作电压，限制型电涌保护单元开始动作后，吸能单元动作吸收能量；若半导体组件为IGBT全桥或IGBT直串结构,半导体组件中的反并联二级管承受反压后关断，此时被测半导体组件中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能单元的动作电压，限制型电涌保护单元动作，吸能单元则开始吸收能量；
D.吸能单元吸收能量后，回路电流逐渐降为零，保护单元的二极管导通，限制晶闸管反向恢复过程的电压过冲；
E.试验结束后，闭合第二机械开关S2，对电容器C1进行放电。
本发明的有益效果是保护单元简单，能够测试包含IGBT直串结构、二极管全桥结构以及IGBT全桥结构等多种结构的被测半导体组件；保护单元能够限制电抗器由于晶闸管反向恢复过程而承受的电压过冲；本发明具有测试多种半导体组件的电流关断能力的特点，并且能够防止由于电压过冲造成电抗器绝缘击穿，有效地保护测试用电抗器。
附图说明
图1为半导体组件关断能力测试回路框图。
图2为图1的具体的测试回路原理图。
图3为被测试半导体组件的类型，其中(a)为IGBT直串结构、(b)为IGBT全桥结构，(c)为二极管全桥结构。
图4为半导体组件关断能力测试流程图。
图5为半导体组件关断能力测试时序图。
图6为半导体组件的电流关断试验仿真结果，其中a为IGBT直串组件，b为IGBT全桥组件。
图7为保护单元防止电压过冲效果对比图，其中，(a)不加保护单元的电压过冲，(b)改进效果。
具体实施方式
本发明提供一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路，下面结合附图和实施例对本发明予以说明。
如图1所示的具有保护功能的高压直流断路器半导体组件关断能力测试回路组成图，该测试回路包括：预充电单元1、测试电流产生单元2、晶闸管触发单元3、保护单元4、被测半导体组件5以及吸能单元6；图2所示为图1的具体的测试回路原理图。图中，预充电单元1由一个直流电源串联第一机械开关S1组成；测试电流产生单元2为在第二机械开关S2串联电阻R1后并联电容器C1组成，并与电感L1连接组成LC振荡回路，从而产生测试电流；保护单元4仅用一个二级管反并联在晶闸管触发单元3的主回路晶闸管两端；能够限制电抗器由于晶闸管反向恢复过程而承受的电压过冲；吸能单元6为一滑动电阻器，并联在被测半导体组件5两端；该被测半导体组件包含：a为IGBT直串结构、b为IGBT全桥结构和c为二极管全桥结构(如图3所示)。
图4所示为半导体组件关断能力测试流程图，图5所示为半导体组件关断能力测试时序图。所述直流断路器半导体组件关断能力测试回路的实施过程：试验前电路中所有的机械开关、半导体器件均为断开状态；具体步骤：
A.试验开始时首先闭合第一机械开关S1，给测试电流产生单元的电容器C1充电，达到LC振荡电路中电容器C1预设的充电电压要求，使其产生有一定峰值大小的主回路大电流后，断开第一机械开关S1；
B.在t1时刻触发被测半导体组件中的半导体器件，0.5ms后t2时刻触发晶闸管，测试回路导通，导通信号持续0.5ms；
C.若半导体组件为全控型器件，经过预设的3ms时延后，在t3时刻被测半导体组件关断；半导体组件中的反并联二级管承受反压后关断，此时被测半导体组件中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能单元的动作电压，限制型电涌保护单元动作，吸能单元则开始吸收能量；
D.吸能单元吸收能量后，回路电流逐渐降为零，保护单元二极管导通限制晶闸管反向恢复过程的电压过冲；
E.试验结束后，闭合第二机械开关S2，对电容器C1进行放电。
在开展测试过程中，不同组件拓扑的电流关断瞬态特性存在差异。图5所示为IGBT直串组件和IGBT全桥组件的电流关断试验仿真结果。
uL1表示电抗器两端电压，usm表示组件两端电压，imain表示测试回路电流。对于IGBT直串组件而言，imain降为0时，电抗器两端出现明显的晶闸管反向恢复过程带来的电压过冲(如图6a所示)；而对于IGBT全桥组件而言，会出现显著的振荡现象(如图6b所示).
试验结果也表明，对于IGBT直串组件而言，关断结束电抗器两端存在明显的电压过冲，电压过冲峰值为4.3kV，上升速率约为0.55kV/μs(如图7(a)所示)。该电压过冲会破坏电抗器匝间绕组绝缘而影响电感值；在晶闸管两端反并联二极管，晶闸管两端电压超过二级管通态压降时，二级管导通从而避免了电压过冲；改进后，电抗器两端电压过充明显降低(如图7(b)所示)，不到200V，此时若在二级管上再并联避雷器，避雷器将不会动作。

Claims (1)

1.一种具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路的半导体组件关断能力测试方法，该具有保护功能的直流断路器半导体组件关断能力测试回路包括预充电单元、测试电流产生单元、晶闸管触发单元、保护单元、被测半导体组件以及吸能单元；预充电单元由一个直流电源串联第一机械开关S1组成；测试电流产生单元为在第二机械开关S2串联电阻R1后并联电容器C1组成，并与电感L1连接组成LC振荡回路，从而产生测试电流；保护单元仅用一个二级管反并联在主回路晶闸管两端；能够限制电抗器由于晶闸管反向恢复过程而承受的电压过冲；吸能单元为一滑动电阻器，并联在被测半导体组件两端；被测半导体组件包含IGBT直串结构、二极管全桥结构以及IGBT全桥结构；其特征在于，所述直流断路器半导体组件关断能力测试回路的实施过程：试验前电路中所有的机械开关、半导体器件均属于断开状态；具体步骤：
A.试验开始时首先闭合第一机械开关S1,给测试电流产生单元的电容器C1充电，达到试验电压要求后，断开第一机械开关S1；
B.测试电流产生单元的测试电流触发被测半导体组件中的半导体器件，0.5ms后测试回路导通；
C.若被测的半导体组件为全控型器件，经过预设的时延后，在t3时刻被测半导体组件关断；若半导体组件为二级管全桥，则二级管全桥承受反压后关断,此时被测半导体组件中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能单元的动作电压，限制型电涌保护单元开始动作后，吸能单元动作吸收能量；若半导体组件为IGBT全桥或IGBT直串结构,半导体组件中的反并联二级管承受反压后关断，此时被测半导体组件中电流开始迅速下降，其两端电压开始上升，达到吸能单元的动作电压，限制型电涌保护单元动作，吸能单元则开始吸收能量；
D.吸能单元吸收能量后，回路电流逐渐降为零，保护单元的二极管导通，限制晶闸管反向恢复过程的电压过冲；
E.试验结束后，闭合第二机械开关S2，对电容器C1进行放电。
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110376515B (zh) * 2019-07-10 2021-11-23 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种直流高速开关直流空充电流开断试验方法
CN111007375B (zh) * 2019-11-08 2024-07-09 清华大学 一种功率半导体元件驱动关断功能测试电路及其控制方法
CN111579958B (zh) * 2020-05-20 2022-04-05 全球能源互联网研究院有限公司 一种igbt开关特性测试电路及测试方法
CN111562494B (zh) * 2020-06-05 2022-04-05 全球能源互联网研究院有限公司 一种测试换流阀开通关断特性的试验电路、方法
CN114152850B (zh) * 2020-08-19 2023-03-21 华中科技大学 一种用于功率模块开关性能测试的动态测试装置
CN113156289B (zh) * 2020-12-18 2022-11-11 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 非全控型半导体器件反向恢复电流高精度测试装置及方法
CN112763879B (zh) * 2020-12-18 2023-04-07 国网辽宁省电力有限公司经济技术研究院 一种反向电压可调的反向恢复特性测试电路
US11747390B2 (en) 2021-01-15 2023-09-05 Innoscience (Suzhou) Technology Co., Ltd. Apparatus and method for measuring dynamic on-resistance of GaN-based device
CN112865516A (zh) * 2021-02-26 2021-05-28 华北电力大学 一种主动谐振型直流转换开关及其控制方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106556791A (zh) * 2016-10-13 2017-04-05 全球能源互联网研究院 一种大功率igbt动态测试电路及其控制方法
CN108169666A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 华北电力大学 一种大电流关断特性测试装置
CN108196177A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 华北电力大学 一种半导体组件性能测试系统
CN109586264A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 华北电力大学 一种高压直流断路器半导体组件保护电路

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106558866B (zh) * 2016-11-11 2019-08-13 西安交通大学 一种无弧直流断路器及其使用方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106556791A (zh) * 2016-10-13 2017-04-05 全球能源互联网研究院 一种大功率igbt动态测试电路及其控制方法
CN108169666A (zh) * 2017-12-26 2018-06-15 华北电力大学 一种大电流关断特性测试装置
CN108196177A (zh) * 2017-12-26 2018-06-22 华北电力大学 一种半导体组件性能测试系统
CN109586264A (zh) * 2018-12-14 2019-04-05 华北电力大学 一种高压直流断路器半导体组件保护电路

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