CS209282B1

CS209282B1 - Connexion of circuit for measuring of commutative charge of power semiconductor elements

Info

Publication number: CS209282B1
Application number: CS796584A
Authority: CS
Inventors: Josef Bures; Josef Jarolim
Original assignee: Josef Bures; Josef Jarolim
Priority date: 1979-09-28
Filing date: 1979-09-28
Publication date: 1981-11-30

Description

Vynález se týká zapojení obvodu pro měření komutačního náboje výkonových polovodičových prvků, sestávající z bloku spínacích a jistících obvodů, vzájemně propojeného s blokem ovládání, s prvním a druhým blokem transformátoru a s blokem napáječe, jehož výstup je propojen se vstupem bloku impulsů.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a circuit for measuring the commutating charge of power semiconductor elements, comprising a block of circuit breakers interconnected with a control block, a first and a second transformer block, and a feeder block whose output is coupled to the pulse block input.

V stávajících obvodech pro měření komutačního náboje výkonových polovodičových prvků je měřený prvek zapojen v sériovém obvodu společně s indukčností, kondenzátorem a spínačem. Kondenzátor je před měřícím cyklem nabit na napětí zdroje. Sepnutím spínače projde obvodem kladný proudový kmit, kondenzátor v měřícím obvodu se _xpřebije na opačnou polaritu napětí a měřený prvek komutuje záporným proudovým kmitem. Velikost a tvar komutačního proudu je snímán osciloskopem. Velikost kladného proudového kmitu se nastavuje velikostí napětí na kondenzátoru před započatím měřícího cyklu a vhodnou velikostí hodnot indukčností a kapacity. Strmost poklesu proudu měřeným prvkem při komutaci je dána velikostí indukčností a hodnotou počátečního napětí na kondenzátoru.In existing circuits for measuring the commutation charge of power semiconductor elements, the measured element is connected in series with an inductance, a capacitor and a switch. The capacitor is charged to the source voltage before the measuring cycle. When the switch circuit passes through the positive current oscillation, the capacitor in the measuring circuit _x beats to the opposite polarity voltage and the measured element commutates negative current oscillation. The size and shape of the commutation current is scanned by an oscilloscope. The magnitude of the positive current oscillation is set by the magnitude of the voltage on the capacitor before the start of the measuring cycle and the appropriate magnitude of the inductance and capacitance values. The steepness of the current drop measured by the commutating element is given by the magnitude of the inductance and the value of the initial capacitor voltage.

Popsané zapojení pro měření komutačního náboje má tyto nevýhody:The described circuit for measuring the commutation charge has the following disadvantages:

Při měření polovodičového prvku se zjišťuje vliv různých strmostí proudu na velikost komutačního náboje v závislosti na amplitudě kladného proudového kmitu. V tomto zapojení jsou obě veličiny na sobě závislé a změna proudu při zachování strmosti poklesu proudu je obtížná. Při některých kombinacích velikostí amplitudy kladeného proudového kmitu a strmosti poklesu proudu je doba vedení měřeného prvku krátká a je nutné jej předsepnout stejnosměrným proudem. Proud je pak nutno v průběhu měřícího cyklu odpojit a proto je tento požadavek velice těžko realizovatelný s dostupnými součástkami.When measuring the semiconductor element, the influence of different current steepnesses on the commutation charge is determined in dependence on the amplitude of the positive current oscillation. In this connection, both variables are interdependent, and changing the current while maintaining the current drop steepness is difficult. In some combinations of amplitude magnitudes of current oscillation and steep current drop, the lead time of the measured element is short and must be pre-energized with direct current. The current must then be disconnected during the measurement cycle and therefore this requirement is very difficult to implement with the available components.

Komutační proud měřeného prvku neodpovídá požadovanému přímkovému průběhu, ale má charakter sinusový. Takto vzniklá chyba značně ovlivňuje vyhodnocení velikosti komutačního náboje. Chyba je tím větší, čím více se blíží velikost komutačního náboje velikosti náboje kondenzátoru. Při větších strmostech poklesu proudu a větších komutačních nábojích je tento měřící obvod prakticky nepoužitelný.The commutation current of the measured element does not correspond to the required linear waveform, but has a sinusoidal character. This error greatly affects the evaluation of the commutation charge size. The greater the error, the closer the commutation charge is to the capacitor charge. With larger current drop slopes and larger commutation charges, this measuring circuit is virtually unusable.

Při měření komutačního náboje není dodržena podmínka konstantního zotavovacího napětí na měřeném prvku. Zotavovací napětí se opět snižuje, jestliže komutační náboj polovodičového prvku a náboj kondenzátoru nabývají srovnatelných hodnot. Tím se opět mění podmínky měření, které mají vliv na vyhodnocení velikosti komutačního náboje.When measuring the commutation charge, the condition of constant recovery voltage on the measured element is not observed. Again, the recovery voltage is reduced when the commutating charge of the semiconductor element and the capacitor charge are of comparable values. This again changes the measurement conditions that affect the evaluation of the commutation charge size.

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zapojení obvodu pro měření komutačního náboje výkonových polovodičových prvků podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom,' že výstup prvního bloku transformátorů je propojen se vstupem prvního bloku usměrňovače, k němuž je paralelně zapojen první kondenzátor a dioda, jejíž katoda je pfbpojena s anodou prvního tyristoru, jehož katoda je přes první indukčnost propojena s jedním pólem a přes odpor s druhým pólem přepínače, jehož třetí pól je propojen s prvním vývodem kondenzátoru kmitai vých obvodů, jehož druhý vývod je spojen s anoj dou diody a dále je třetí pól přepínače propojen i s druhým vstupem bloku ovládání a s anodou : druhého tyristoru, jehož katoda je přes druhou indukčnost propojena s anodou měřeného polovodičového prvku, jehož katoda je přes měrný bezinduktívní bočník propojena se záporným pólem prvního bloku usměrňovače a jehož anoda je propojena s anodou třetího tyristoru, jehož katoda je přes proměnnou indukčnost zapojena na záporný pól druhého bloku usměrňovače, zapojeného na výstup druhého bloku transformátorů, přičemž paralelně k druhému bloku usměrňovače je zapojen druhý kondenzátor, zapojený paralelně zároveň k třetímu a čtvrtému vstupu bloku ovládání a dále první výstup bloku impulzů je přes první zesilovač impulzů zapojen na řídíá elektrodu prvního tyristoru, druhý výstup bloku impulzů je propojen se vstupem druhého zesilovače impulzů, jehož první výstup je zapojen na řídící elektrodu druhého tyristoru a jehož druhý výstup je zapojen na řídíá elektrodu měřeného polovodičového prvku a třetí výstup bloku impulzů je přes třetí zesilovač impulzů zapojen na řídíá elektrodu třetího tyristoru.The above-mentioned drawbacks are eliminated by the connection of the circuit for measuring the commutation charge of the power semiconductor elements according to the invention, characterized in that the output of the first transformer block is connected to the input of the first rectifier block to which the first capacitor and diode whose cathode is connected with an anode of a first thyristor, the cathode of which is connected via a first inductor to one pole and through a resistor to a second pole of a switch, the third pole of which is connected to a first terminal of a capacitor of a frequency circuit; switches connected with second input of control block and with anode: second thyristor, the cathode of which is connected via the second inductance to the anode of the measured semiconductor element, the cathode of which is via a specific inductive shunt connected to the negative pole of the first rectifier block and whose anode is propo with an anode of a third thyristor, the cathode of which via a variable inductor is connected to the negative pole of the second rectifier block connected to the output of the second transformer block, and a second capacitor connected in parallel to the third rectifier block connected simultaneously to the third and fourth inputs of the control block; the first output of the pulse block is connected via the first pulse amplifier to the control electrode of the first thyristor, the second output of the pulse block is connected to the input of the second pulse amplifier, whose first output is connected to the control electrode of the second thyristor and the third output of the pulse block is connected via a third pulse amplifier to a control electrode of the third thyristor.

Zapojení obvodu pro měření komutačního náboje výkonových polovodičových prvků podle vynálezu umožňuje velmi přesně dodržet zvolené podmínky při měření. Umožňuje měnit oba parametry tj. - amplitudu proudu a strmost poklesu proudu při měření nezávisle na sobě, což je důležité při proměřování charakteristik. Zapojení obvodu podle vynálezu umožňuje nastavení amplitud proudu plynule od nuly do maximální hodnoty.The connection of the circuit for measuring the commutation charge of the power semiconductor elements according to the invention makes it possible to very precisely maintain the selected measurement conditions. It allows to change both parameters - current amplitude and steepness of current drop during measurement independently of each other, which is important when measuring characteristics. The circuit according to the invention allows the current amplitudes to be adjusted continuously from zero to the maximum value.

Na přiloženém výkresu je příklad konkrétního zapojení obvodu pro měření komutačního náboje výkonových polovodičových prvků podle vynálezu. Blok 1 spínacích a jistících obvodů je připojen i na síťové napětí a jeho první vstup a výstup je vzájemně propojen s prvním výstupem a vstupem bloku 2 ovládání. Druhý výstup bloku 1 spínacích a jistících obvodů je zapojen na vstup prvního, bloku 3 transformátorů propojeného s prvním blokem 4 usměrňovače, třetí výstup je zapojen na vstup druhého bloku' 5 transformátorů, propojeného s druhým blokem 6 usměrňovače a čtvrtý výstup bloku 1 spínadch a jistídch obvodů je zapojen na vstup bloku 7 napáječe, propojeného s blokem 8 impulzů. Paralelně k prvnímu bloku 4 usměrňovače je zapojen první kondenzátor 9 a dioda 10, . jejíž katoda je propojena s anodou prvního tyristoru 11, jehož katoda je přes první indukčnost 12 propojena s jedním pólem a přes odpor 13 s druhým pólem přepínače 14, jehož třetí pól je propojen s prvním vývodem kondenzátoru 15 kmitavýéh obvodů. Druhý vývod kondenzátoru 15 kmitavých obvodů je spojen s anodou diody 10.The attached drawing shows an example of a particular circuit connection for measuring the commutation charge of the power semiconductor elements according to the invention. The switching and protection circuit block 1 is also connected to the mains voltage and its first input and output are interconnected with the first output and the input of the control block 2. The second output of the switching and protection circuit block 1 is connected to the input of the first transformer block 3 connected to the first rectifier block 4, the third output is connected to the input of the second transformer block 5 connected to the second rectifier block 6 and the fourth output of the switchgears and circuit breakers. The circuit is connected to the input of the feeder block 7 connected to the pulse block 8. A first capacitor 9 and a diode 10 are connected in parallel to the first rectifier block 4. the cathode of which is coupled to the anode of the first thyristor 11, the cathode of which is connected via a first inductor 12 to one pole and through a resistor 13 to the second pole of a switch 14, the third pole of which is coupled to the first terminal of the capacitor 15. The other terminal of the capacitor 15 of the oscillating circuits is connected to the anode of the diode 10.

Třetí pól přepínače 14 je dále spojen s druhým vstupem bloku 2 ovládání a s anodou druhého tyristoru 16, jehož katoda je přes druhou indukčnost 17 propojena s anodou měřeného polovodičového prvku 18, jehož katoda je přes měrný bezinduktívní bočník 19 propojena se záporným pólem prvního bloku 4 usměrňovače. Anoda měřeného polovodičového prvku 18 je spojena s anodou třetího tyristoru 20, jehož katoda je přes proměnnou indukčnost 21 zapojena na záporný pól druhého bloku 6 usměrňovače, k němuž je paralelně zapojen druhý kondenzátor 22, zapojený paralelně zároveň k třetímu a čtvrtému vstupu bloku 2 ovládání. První výstup bloku 8 impulzů je přes první zesilovač 23 impulzů zapojen na řídíá elektrodu prvního tyristoru 11, druhý výstup bloku 8 je zapojen na vstup druhého zesilovače 24 impulzů, jehož první výstup je spojen s řídíá elektrodou druhého tyristoru 16 a jehož druhý výstup je zapojen na řídící elektrodu měřeného polovodičového prvku 18. Třetí výstup bloku 8 impulzů je přes třetí zesilovač 25 impulzů zapojen na řídíá elektrodu třetího tyristoru 20.The third pole of the switch 14 is further coupled to the second input of the control block 2 and to the anode of the second thyristor 16, the cathode of which via the second inductance 17 is connected to the anode of the semiconductor element 18 to be measured. . The anode of the measured semiconductor element 18 is connected to the anode of a third thyristor 20, the cathode of which via a variable inductance 21 is connected to the negative pole of the second rectifier block 6 to which the second capacitor 22 is connected in parallel to the third and fourth inputs of the control block 2. The first output of the pulse block 8 is connected via the first pulse amplifier 23 to the control electrode of the first thyristor 11, the second output of the block 8 is connected to the input of the second pulse amplifier 24, the first output of which is connected to the control electrode of the second thyristor 16. the control output electrode of the measured semiconductor element 18. The third output of the pulse block 8 is connected via the third pulse amplifier 25 to the control electrode of the third thyristor 20.

Funkce zapojení obvodu pro měření komutačního náboje podle vynálezu je následujíá:The function of the circuit for measuring the commutation charge according to the invention is as follows:

Na prvním kondenzátoru 9 je nastaveno napětí podle žádaného proudu a na druhém kondenzátoru 22 je stálé komutační napětí (např. 100 V).On the first capacitor 9 the voltage is set according to the desired current and on the second capacitor 22 there is a constant commutation voltage (eg 100 V).

Sepnutím prvního tyristoru 11 se z prvního kondenzátoru 9 nabíjí kondenzátor 15 kmitavých obvodů buď přes první indukčnost 12 na napětí vyšší než je nastaveno na prvním kondenzátoru 9, nebo přes odpor 13 na napětí stejné jako je na prvním kondenzátoru 9. Velikost napětí na kondenzátoru 15 kmitavých obvodů je přímo úměrná amplitudě propustnéhp^řoudu měřeného polovodičového prvku. Velikost napětí se tedy měří na špičkovém voltmetru, který je součástí bloku 2 ovládání a je ocejchován přímo v hodnotách propustného proudu. Sepnutím druhého tyristoru 16 a současně i měřeného polovodičového prvku 18 proteče obvodem tvořeným kondenzátorem 15 kmitavých obvodů druhým tyristorem 16, druhou indukčností 17, měřeným polovodičovým prvkem 18 a měrným bezinduktivním bočníkem 19 proud sinusového charakteru. V čase, kdy tento proud dosáhne maximální hodnoty, spíná třetí tyristor 20. Vlnová impedance obvodu tvořeného měrným bezinduktivním bočníkem 19, měřeným polovodičovým prvkem 18, třetím tyristorem 20, proměnnou indukčností 21 a druhým kondenzátorem 22 je řádově mnohem menší než vlnová impedance obvodu tvořeného kondenzátorem 15 kmitavých obvodů, druhým tyristorem 16 druhou indukčností 17, měřeným polovodičovým prvkem 18 a měrným bezinduktivním bočníkem 19, Proto i amplituda proudu v prvním právě popsaném obvodu by dosáhla řádově vyšší hodnoty než v obvodu druhém. Měřený polovodičový prvek 18 však proud po komutaci přeruší, takže se využívá pouze část sinusového průběhu proudu, kterou lze považovat za přímkovou.'Velikost poklesu proudu — — v měřeném polovodičovém prvku 18 je přímo úměrná velikosti napětí na druhém kondenzátorů 22 a nepřímo úměrná velikosti proměnné indukčnosti21. 'By switching on the first thyristor 11, the capacitor 15 of the oscillating circuits is charged from the first capacitor 9 either through the first inductance 12 to a voltage higher than that set on the first capacitor 9 or through a resistor 13 to the same voltage as the first capacitor 9. The circuits are directly proportional to the amplitude of the current through the measured semiconductor element. Thus, the voltage is measured on a peak voltmeter, which is part of the control block 2 and is calibrated directly in the forward current values. By switching the second thyristor 16 and the measured semiconductor element 18 at the same time, the circuit formed by the oscillating circuit capacitor 15 flows through the second thyristor 16, the second inductance 17, measured by the semiconductor element 18 and the specific inductive shunt 19 by a sinusoidal current. When this current reaches its maximum value, it switches the third thyristor 20. The wave impedance of the circuit consisting of the specific inductive shunt 19 measured by the semiconductor element 18, the third thyristor 20, the variable inductance 21 and the second capacitor 22 is much lower than the wave impedance of the capacitor circuit. 15 of the oscillating circuits, the second thyristor 16 by the second inductance 17, measured by the semiconductor element 18 and the specific inductive shunt 19. Therefore, the current amplitude in the first circuit just described would reach an order of magnitude higher than in the second circuit. The measured semiconductor element 18, however, interrupts the current after commutation, so that only a portion of the sinusoidal current waveform is used that can be considered linear. The magnitude of the current drop - in the semiconductor element 18 measured is proportional to the voltage across the capacitors 22 and inversely proportional inductance21. '

Proud po komutaci měřeného polovodičového prvku 18 se dále uzavírá obvodem, tvořeným kondenzátoreyi 15 kmitavých obvodů, druhým tyristorem 16, druhou indukčností 17, třetím tyristorem 20, proměnnou indukčností 21 a druhýmThe current after commutation of the measured semiconductor element 18 is further closed by a circuit consisting of a vibration circuit capacitor 15, a second thyristor 16, a second inductance 17, a third thyristor 20, a variable inductance 21 and a second

Claims

SUBJECT

Connection of a circuit for measuring the commutating charge of power semiconductor elements, consisting of a block of circuit breakers interconnected with the control block, the first and second transformer blocks, and the feeder block, the output of which is connected to the pulse block input, (3) the transformers are coupled to the input of the first rectifier block (4) to which the first capacitor (9) and the diode (10) are connected in parallel, the cathode of which is coupled to the anode of the first thyristor (11); 12) coupled to one pole and through a resistor (13) to the other pole of a switch (14), the third pole of which is coupled to the first terminal of the oscillating circuit capacitors (15), the second terminal of which is connected to the anode of the diode (10); the pole of the switch (14) connected to the second input of the control block (2) and to the anode of the second thyristor (16), the cathode of which is The ductility (17) is connected to the anode of the semiconductor element (18) to be measured, whose

20.9282 by capacitor 22 and override the oscillator 15 to the polarity of the second rectifier block 6. After subsequent switching of the first thyristor 11, the oscillating circuit capacitor 15 is overcharged by the circuit formed by the first capacitor 9, the first thyristor 11, the first inductance 12, the switch 14 to a positive voltage higher than the set voltage on the first capacitors 9 or the same circuit, If the first inductor 12 is connected and there is no voltage on the first capacitor 9, the current is closed by diode 10 and thus the capacitors 15 of the oscillating circuits are prevented from charging to the negative polarity voltage.

, The measurement is repeated cyclically.

BACKGROUND OF THE INVENTION The cathode is connected via a specific inductive shunt (19) to the negative pole of the first rectifier block (4) and whose cathode is connected to the anode of the third thyristor (20), the cathode of which is connected to the negative pole of the second block (6). a rectifier connected to the output of the second transformer block (5), wherein a second capacitor (22) connected in parallel to the third and fourth inputs of the control block (2) and the first output of the pulse block (8) are connected in parallel to the second rectifier block (6) is connected via the first pulse amplifier (23) to the control electrode of the first thyristor (11), the second output of the pulse block (8) is connected to the input of the second pulse amplifier (24), the first output of which is connected to the control electrode of the second thyristor (16); whose second output is connected to; the control electrode of the measured semiconductor element (18) and the third output of the pulse block (8) are connected to the control electrode of the third thyristor (20) via the third pulse amplifier (25).