CN110501601A - 一种固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请属于固态功率器件的保护设计领域，特别涉及一种固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法，确定装置包括通过导线依次连通的电源、开关、固态功率器件、示波器以及可调电阻负载，其中，电源的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积；固态功率器件能够在预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在不发生损坏并能切断电源；可调电阻负载用于模拟短路故障；示波器用于测量固态功率器件和可调电阻负载之间的电流值，并记录波形图。本申请的固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法，将固态功率器件的短路保护时间点设在更为合理的范围内，减少感性或容性负载在上电的瞬时因很大的冲击电流而引起的误保护问题。

Description

一种固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法
技术领域
本申请属于固态功率器件的保护设计领域，特别涉及一种固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法。
背景技术
固态功率器件是基于固态功率控制技术(简称SSPC)的一种保护装置，能够对所连接的负载和电缆在发生短路时起保护作用，减少电缆烧毁或负载损坏。
在对固态功率器件的短路保护点设计时，通常采用越快越好的保护方式，在发生短路时，以最快速度(一般小于50μs)切断电源，保护后端的电缆和负载。但如果后端连接的负载为感性或容性负载时，在上电瞬时可能会产生很大的冲击电流，如果冲击电流超过8倍额定工作电流时，会使固态功率器件将过大的冲击电流误以为线路发生短路，而引发误保护，导致负载无法正常启动。
发明内容
为了解决上述技术问题至少之一，本申请提供了一种固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法。
第一方面，本申请公开了一种固态功率器件短路保护时间的确定装置，包括通过导线依次连通的电源、开关、固态功率器件、示波器以及可调电阻负载，其中
所述电源用于提供负载实际工作电压U，所述电源的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积；
所述固态功率器件配置成能够在所述预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在所述预定时间段内不发生损坏并能切断电源；
所述可调电阻负载能承受功率大于所述预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生所述预定倍数的额定电流，以模拟短路故障；
所述示波器用于测量固态功率器件和所述可调电阻负载之间的电流值，并记录波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预定倍数为9倍。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预定时间段为200±50μs。
根据本申请的至少一个实施方式，所述固态功率器件包括MOS管或电子管。
根据本申请的至少一个实施方式，所述可调电阻负载包括电子负载或电阻箱。
第二方面，本申请还公开了一种固态功率器件短路保护时间的确定方法，包括如下步骤：
步骤一、选取电源，其中，所述电源用于提供负载实际工作电压U，所述电源的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积；
步骤二、选取固态功率器件，所述固态功率器件配置成能够在所述预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在所述预定时间段内不发生损坏并能切断电源；
步骤三、选取可调电阻负载，所述可调电阻负载能承受功率大于所述预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生所述预定倍数的额定电流，以模拟短路故障；
步骤四、通过导线依次连通的电源、开关、固态功率器件、示波器以及可调电阻负载，并接通开关，使用所述示波器测量所述固态功率器件和所述可调电阻负载之间的电流值，并记录波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间；
步骤五、在所述波形图中，选取当电流值达到所述电源的额定电流与预定倍数的乘积时，所对应的短路保护的起点A和短路保护的终点B；
步骤六、通过所述短路保护的终点B所对应的时间T2与所述短路保护的起点A所对应的时间T1的差值，得到短路保护时间，且所述短路保护时间在所述预定时间段范围之内。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预定倍数为9倍。
根据本申请的至少一个实施方式，所述预定时间段为200±50μs。
本申请至少存在以下有益技术效果：
本申请的固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法，针对固态功率器件在连接容性或感性负载时，因其短路保护时间短而可能发生误保护的问题，不同于以往的保护时间越快越好的设计，而是将固态功率器件的短路保护时间点设在更为合理的范围内，减少感性或容性负载在上电的瞬时因很大的冲击电流而引起的误保护问题。
附图说明
图1是本申请固态功率器件短路保护时间的确定装置的结构简图；
图2是本申请固态功率器件短路保护时间的确定方法中的波形图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1-图2对本申请的固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法进一步详细说明。
第一方面，本申请公开了一种固态功率器件短路保护时间的确定装置，可以包括通过导线依次连通的电源1、开关2、固态功率器件3、示波器4以及可调电阻负载5。
其中，电源1用于提供负载实际工作电压U，电源1的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积。
固态功率器件3配置成能够在预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在预定时间段内不发生损坏并能切断电源1；其中，预定倍数的取值稍大于8，例如可以去9倍、10倍，本实施例中优选为9倍；进一步，预定时间段优选为200±50μs；另外，固态功率器件3可以根据进行适合的选择，例如MOS管或电子管。
可调电阻负载5的的阻值按照欧姆定律计算，即R＝U/I/9(U为负载工作电压，I为额定电流)，用于产生9倍额定电流；即可调电阻负载5能承受功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生预定倍数的额定电流，以模拟短路故障。同样地，可调电阻负载5可以根据进行适合的选择，例如电子负载或电阻箱。
示波器4用于测量固态功率器件3和可调电阻负载5之间的电流值，并记录波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间。
在上述确定装置的基础上，通过接通开关2，使用示波器4测量固态功率器件3和可调电阻负载5之间的电流值，并记录如图2所示的波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间；在波形图中，对记录波形分析，选取当电流值达到电源1的额定电流与预定倍数的乘积时，所对应的短路保护的起点A和短路保护的终点B(即选取短路保护的起点为电流值向上超过额定电流9倍点，短路保护的终点为电流值向下最后一次低于额定电流9倍点)；最终，通过短路保护的终点B所对应的时间T2与短路保护的起点A所对应的时间T1的差值，得到短路保护时间，且短路保护时间在200±50μs范围之内。
第二方面，本申请还公开了一种固态功率器件短路保护时间的确定方法，包括如下步骤：
步骤一、选取电源1，其中，电源1用于提供负载实际工作电压U，电源1的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积。
步骤二、选取固态功率器件3，固态功率器件3配置成能够在预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在预定时间段内不发生损坏并能切断电源1。同样地，本实施例中优选预定倍数为9倍；进一步，预定时间段优选为200±50μs。
步骤三、选取可调电阻负载5，可调电阻负载5能承受功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生预定倍数的额定电流，以模拟短路故障。
步骤四、通过导线依次连通的电源1、开关2、固态功率器件3、示波器4以及可调电阻负载5，保证连接可靠后，接通开关2，并使用示波器4测量固态功率器件3和可调电阻负载5之间的电流值，并记录如图2所示的波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间。
步骤五、在波形图中，对记录波形分析，选取当电流值达到电源1的额定电流与预定倍数的乘积时(及额定电流9倍)，所对应的短路保护的起点A和短路保护的终点B，且起点A和终点B分别在波形图中对应时间点T1、T2。
步骤六、通过短路保护的终点B所对应的时间T2与所述短路保护的起点A所对应的时间T1的差值，得到短路保护时间，且短路保护时间应在预定时间段范围(即200±50μs)之内。
本申请的固态功率器件短路保护时间的确定装置及方法，针对固态功率器件在连接容性或感性负载时，因其短路保护时间短而可能发生误保护的问题，不同于以往的保护时间越快越好的设计，而是提出将固态功率器件的短路保护时间点设在更为合理的范围内，减少感性或容性负载在上电的瞬时因很大的冲击电流而引起的误保护问题。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种固态功率器件短路保护时间的确定装置，其特征在于，包括通过导线依次连通的电源(1)、开关(2)、固态功率器件(3)、示波器(4)以及可调电阻负载(5)，其中
所述电源(1)用于提供负载实际工作电压U，所述电源(1)的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积；
所述固态功率器件(3)配置成能够在所述预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在所述预定时间段内不发生损坏并能切断电源(1)；
所述可调电阻负载(5)能承受功率大于所述预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生所述预定倍数的额定电流，以模拟短路故障；
所述示波器(4)用于测量固态功率器件(3)和所述可调电阻负载(5)之间的电流值，并记录波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间。
2.根据权利要求1所述的固态功率器件短路保护时间的确定装置，其特征在于，所述预定倍数为9倍。
3.根据权利要求2所述的固态功率器件短路保护时间的确定装置，其特征在于，所述预定时间段为200±50μs。
4.根据权利要求1所述的固态功率器件短路保护时间的确定装置，其特征在于，所述固态功率器件(3)包括MOS管或电子管。
5.根据权利要求1所述的固态功率器件短路保护时间的确定装置，其特征在于，所述可调电阻负载(5)包括电子负载或电阻箱。
6.一种固态功率器件短路保护时间的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、选取电源(1)，其中，所述电源(1)用于提供负载实际工作电压U，所述电源(1)的功率大于预定倍数的电压与额定电流的乘积；
步骤二、选取固态功率器件(3)，所述固态功率器件(3)配置成能够在所述预定倍数的额定电流条件下持续预定时间段，且在所述预定时间段内不发生损坏并能切断电源(1)；
步骤三、选取可调电阻负载(5)，所述可调电阻负载(5)能承受功率大于所述预定倍数的电压与额定电流的乘积，用于产生所述预定倍数的额定电流，以模拟短路故障；
步骤四、通过导线依次连通的电源(1)、开关(2)、固态功率器件(3)、示波器(4)以及可调电阻负载(5)，并接通开关(2)，使用所述示波器(4)测量所述固态功率器件(3)和所述可调电阻负载(5)之间的电流值，并记录波形图，波形图中纵轴为电流值，横轴为时间；
步骤五、在所述波形图中，选取当电流值达到所述电源(1)的额定电流与预定倍数的乘积时，所对应的短路保护的起点A和短路保护的终点B；
步骤六、通过所述短路保护的终点B所对应的时间T2与所述短路保护的起点A所对应的时间T1的差值，得到短路保护时间，且所述短路保护时间在所述预定时间段范围之内。
7.根据权利要求6所述的固态功率器件短路保护时间的确定方法，其特征在于，所述预定倍数为9倍。
8.根据权利要求7所述的固态功率器件短路保护时间的确定方法，其特征在于，所述预定时间段为200±50μs。
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