RU215244U1 - INSTALLATION FOR DETERMINATION OF THE CLASS OF POWER SEMICONDUCTOR DEVICES - Google Patents
INSTALLATION FOR DETERMINATION OF THE CLASS OF POWER SEMICONDUCTOR DEVICES Download PDFInfo
- Publication number
- RU215244U1 RU215244U1 RU2022120917U RU2022120917U RU215244U1 RU 215244 U1 RU215244 U1 RU 215244U1 RU 2022120917 U RU2022120917 U RU 2022120917U RU 2022120917 U RU2022120917 U RU 2022120917U RU 215244 U1 RU215244 U1 RU 215244U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- voltage
- input
- output
- transformer
- control unit
- Prior art date
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000009434 installation Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 49
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 5
- 230000001105 regulatory Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Полезная модель относится к области электротехники и может найти применение в устройствах для измерений параметров силовых полупроводниковых приборов. Технический результат заключается в возможности формирования импульсов высокого напряжения с формой, близкой к идеальной синусоиде, с плавной регулировкой и высокой точностью задания амплитуды, что повышает точность определения класса силовых полупроводниковых приборов. Установка содержит клеммы для подключения к сетевому напряжению 1.1 и 1.2, автотрансформатор 2, 15-17 ключевых элементов 3, повышающий трансформатор 4, выпрямитель 5, ключи переключения полярности 6, блок управления 7, блок измерений 8, датчик тока 9, делитель напряжения 10, контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1 и 11.2, блок управления ключевыми элементами 12, формирователь эталонного синусоидального сигнала 13, дифференциальный усилитель 14, усилитель мощности 15 и трансформатор вольтодобавки 16. Клеммы для подключения сетевого напряжения 1.1 и 1.2 соединены с входом автотрансформатора 2. Вход первого ключевого элемента 3 подключен к началу обмотки автотрансформатора. К каждому из 14-16 отводов автотрансформатора 3 подключен вход одного из 14-16 ключевых элементов 3. Выходы всех ключевых элементов 3 соединены между собой, с одним из входов дифференциального усилителя 14 и с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки 16. Каждый выход блока управления ключевыми элементами 12 подключен к управляющему входу соответствующего ключевого элемента 3. Второй вход дифференциального усилителя 14 и вход блока управления ключевыми элементами 12 подключены к выходу формирователя эталонного синусоидального сигнала 13, а выход дифференциального усилителя 14 соединен с одним из входов усилителя мощности 15. К выходу усилителя мощности 15 подключена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки 16, а второй вывод его вторичной обмотки соединен со вторым входом усилителя мощности 15 и первичной обмоткой повышающего трансформатора 4. Один из выводов вторичной обмотки повышающего трансформатора 4 через выпрямитель 5 и ключи переключения полярности 6 соединен с первым контактом для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1, а второй вывод вторичной обмотки повышающего трансформатора 4 соединен со вторым контактом для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.2 через датчик тока 9. Параллельно контактам для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1 и 11.2 подключен делитель напряжения 10. Измерительные выходы датчика тока 9 и делителя напряжения 10 соединены с входами блока измерений 8, выходы блока управления 7 подключены к управляющим входам ключей переключения полярности 6, а дополнительный выход блока управления 6 соединен с входом формирователя эталонного синусоидального сигнала 13. 1 ил.
Description
Настоящая полезная модель относится к области электротехники и может найти применение в устройствах для измерений параметров силовых полупроводниковых приборов.This utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in devices for measuring the parameters of power semiconductor devices.
Известно устройство для классификации силовых тиристоров (а.с. СССР №920585, опубликовано 15.04.1982), содержащее источник импульсов высокого напряжения, измерительный шунт, блок сравнения токов, блок измерения напряжения класса, блок памяти, компаратор, измерительный делитель напряжения и клеммы для подключения исследуемого тиристора.A device for classifying power thyristors is known (AS USSR No. 920585, published on April 15, 1982), containing a high voltage pulse source, a measuring shunt, a current comparison unit, a class voltage measurement unit, a memory unit, a comparator, a measuring voltage divider and terminals for connection of the investigated thyristor.
Основными недостатками известного устройства являются формирование импульса высокого напряжения, форма которого отличается от синусоидальной, что не соответствует требованиям стандарта ГОСТ 24461-80 «Приборы полупроводниковые силовые. Методы измерений и испытаний», и невозможность отбраковки образцов с нестабильными характеристиками, так как тестирование исследуемого тиристора осуществляется одиночным импульсом высокого напряжения.The main disadvantages of the known device are the formation of a high voltage pulse, the shape of which differs from sinusoidal, which does not meet the requirements of the GOST 24461-80 standard “Semiconductor power devices. Methods of measurement and testing, and the impossibility of rejecting samples with unstable characteristics, since testing of the thyristor under study is carried out with a single high-voltage pulse.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату к заявляемому устройству (прототипом) является устройство для классификации силовых полупроводниковых приборов, описанное в книге Бардин В.М., Моисеев Л.Г., Сурочан Ж.Г. «Аппаратура и методы контроля параметров силовых полупроводниковых вентилей», М., Энергия, 1971, с. 54, рис. 2-7, включающее клеммы для подключения к сетевому напряжению, автотрансформатор, повышающий трансформатор, выпрямитель, ключи для переключения полярности, контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора, датчик тока, делитель напряжения, схему защиты испытуемого полупроводникового прибора, блок управления и блок измерений (осциллограф). В известном устройстве вход автотрансформатора соединен с клеммами для подключения к сетевому напряжению через контакты схемы защиты, выпрямитель подключен к вторичной обмотке повышающего трансформатора, контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора соединены с выпрямителем и вторичной обмоткой повышающего трансформатора через ключи переключения полярности и датчик тока, делитель напряжения подключен параллельно контактам, входы блока измерений соединены с измерительными выходами датчика тока и делителя напряжения, вход схемы защиты подключен к измерительному выходу датчика тока, а выходы блока управления подключены к управляющим входам ключей переключения полярности.The closest in technical essence and achieved technical result to the claimed device (prototype) is a device for classifying power semiconductor devices, described in the book Bardin V.M., Moiseev L.G., Surochan Zh.G. “Apparatus and methods for monitoring the parameters of power semiconductor valves”, M., Energia, 1971, p. 54, fig. 2-7, including terminals for connecting to the mains voltage, an autotransformer, a step-up transformer, a rectifier, switches for switching polarity, contacts for connecting the semiconductor device under test, a current sensor, a voltage divider, a protection circuit for the semiconductor device under test, a control unit and a measurement unit (oscilloscope ). In a known device, the input of the autotransformer is connected to the terminals for connection to the mains voltage through the contacts of the protection circuit, the rectifier is connected to the secondary winding of the step-up transformer, the contacts for connecting the semiconductor device under test are connected to the rectifier and the secondary winding of the step-up transformer through the polarity switching switches and the current sensor, voltage divider connected in parallel to the contacts, the inputs of the measuring unit are connected to the measuring outputs of the current sensor and voltage divider, the input of the protection circuit is connected to the measuring output of the current sensor, and the outputs of the control unit are connected to the control inputs of the polarity switching switches.
В известном устройстве формирование высокого напряжения осуществляется повышением напряжения сети, форма которого близка к синусоидальной. При определении класса напряжение с помощью автотрансформатора повышается от нуля до значения, при котором ток утечки испытуемого полупроводникового прибора достигает максимально допустимого значения, соответствующего началу лавинного участка его вольтамперной характеристики, измеряются, в зависимости от полярности, напряжение лавинного пробоя или напряжение переключения и оценивается качество полупроводникового прибора по форме его вольтамперной характеристики.In the known device, the formation of high voltage is carried out by increasing the mains voltage, the shape of which is close to sinusoidal. When determining the class, the voltage with the help of an autotransformer is increased from zero to a value at which the leakage current of the semiconductor device under test reaches the maximum allowable value corresponding to the beginning of the avalanche section of its current-voltage characteristic, the avalanche breakdown voltage or the switching voltage is measured, depending on the polarity, and the quality of the semiconductor device is evaluated. device according to the form of its current-voltage characteristic.
Однако известное устройство не обеспечивает получение импульсов высокого напряжения с формой, близкой к идеальной синусоиде, напряжение с помощью автотрансформатора регулируется скачкообразно, что приводит к низкой точности определения значения тока утечки испытуемого полупроводникового прибора, соответствующего заданному значению амплитуды испытательного напряжения, и низкой достоверности регистрации формы его вольтамперной характеристики.However, the known device does not provide high voltage pulses with a shape close to an ideal sinusoid, the voltage is regulated stepwise with the help of an autotransformer, which leads to low accuracy in determining the value of the leakage current of the semiconductor device under test, corresponding to a given value of the amplitude of the test voltage, and low reliability of registration of its shape. current-voltage characteristics.
Невозможность получения импульсов высокого напряжения с формой, близкой к идеальной синусоиде, в известном устройстве обусловлена наличием значительных нелинейных искажений в напряжении питающей сети, которое является источником испытательного сигнала. Особенностью силовых полупроводниковых приборов является большая барьерная емкость, что связано со значительной площадью p-n-переходов. Известно, что емкостная составляющая тока пропорциональна скорости изменения напряжения. Поэтому даже незначительные скачки и провалы на форме импульса высокого напряжения приводят к большим выбросам мгновенных значений тока утечки, что существенно снижает точность измерения его амплитуды и искажает форму вольтамперной характеристики испытуемого полупроводникового прибора. Кроме того, регулирование высокого напряжения с помощью автотрансформатора имеет скачкообразный характер, связанный с тем, что минимальное изменение выходного напряжения автотрансформатора равно напряжению на одном витке его обмотки. Для лабораторных автотрансформаторов (ЛАТРов) минимальная ступень регулировки составляет примерно 1,4 В амплитудного значения. Поскольку коэффициент трансформации повышающего трансформатора для испытания высоковольтных силовых полупроводниковых приборов равен примерно 30, амплитуда высокого напряжения на испытуемом образце будет регулироваться ступенями минимум по 45 В. Диапазон напряжений класса силовых полупроводниковых приборов составляет от 200 В до 6500 В. Следовательно, регулирование напряжения в нижнем краю диапазона осуществляется ступенями порядка 20% от измеряемого значения, что приводит к недопустимо низкой точности задания напряжения.The impossibility of obtaining high voltage pulses with a shape close to an ideal sinusoid in the known device is due to the presence of significant non-linear distortions in the mains voltage, which is the source of the test signal. A feature of power semiconductor devices is a large barrier capacitance, which is associated with a large area of p-n junctions. It is known that the capacitive component of the current is proportional to the rate of change of voltage. Therefore, even slight jumps and dips in the shape of the high voltage pulse lead to large surges in the instantaneous values of the leakage current, which significantly reduces the accuracy of measuring its amplitude and distorts the shape of the current-voltage characteristic of the semiconductor device under test. In addition, the regulation of high voltage using an autotransformer has an abrupt nature, due to the fact that the minimum change in the output voltage of the autotransformer is equal to the voltage on one turn of its winding. For laboratory autotransformers (LATRs), the minimum adjustment step is approximately 1.4 V of the amplitude value. Since the ratio of the step-up transformer for testing high voltage power semiconductors is approximately 30, the high voltage amplitude on the test piece will be regulated in steps of at least 45 V. The voltage range of the power semiconductor class is from 200 V to 6500 V. Therefore, voltage regulation at the lower end range is carried out in steps of the order of 20% of the measured value, which leads to an unacceptably low accuracy of setting the voltage.
В основу полезной модели поставлена задача усовершенствовать установку для определения класса силовых полупроводниковых приборов путем введения новых конструктивных элементов, новых связей между конструктивными элементами, нового выполнения конструктивных элементов.The utility model is based on the task of improving the installation for determining the class of power semiconductor devices by introducing new structural elements, new connections between structural elements, and a new implementation of structural elements.
Технической проблемой, решение которой обеспечивается при использовании заявляемой полезной модели, является формирование импульсов высокого напряжения с формой, близкой к идеальной синусоиде, с плавной регулировкой и высокой точностью задания амплитуды.The technical problem, the solution of which is provided by using the claimed utility model, is the formation of high voltage pulses with a shape close to an ideal sinusoid, with smooth adjustment and high accuracy of amplitude setting.
Технический результат заявленной полезной модели заключается в повышении точности определения класса силовых полупроводниковых приборов за счет повышения точности задания амплитуды испытательного напряжения, точности определения значения тока утечки испытуемого полупроводникового прибора, соответствующего заданному значению амплитуды испытательного напряжения, и точности определения формы его вольтамперной характеристики.The technical result of the claimed utility model is to increase the accuracy of determining the class of power semiconductor devices by increasing the accuracy of setting the amplitude of the test voltage, the accuracy of determining the value of the leakage current of the tested semiconductor device corresponding to the specified value of the amplitude of the test voltage, and the accuracy of determining the shape of its current-voltage characteristic.
Технический результат достигается тем, что установка для определения класса силовых полупроводниковых приборов, включающая клеммы для подключения к сетевому напряжению, автотрансформатор, повышающий трансформатор, выпрямитель, ключи переключения полярности, блок управления, блок измерений, датчик тока, делитель напряжения и контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора, причем вход автотрансформатора соединен с клеммами для подключения к сетевому напряжению, выпрямитель подключен к вторичной обмотке повышающего трансформатора, контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора соединены с выпрямителем и вторичной обмоткой повышающего трансформатора через ключи переключения полярности и датчик тока, делитель напряжения подключен параллельно контактам, входы блока измерений соединены с измерительными выходами датчика тока и делителя напряжения, а выходы блока управления подключены к управляющим входам ключей переключения полярности, согласно полезной модели дополнительно содержит 14-16 отводов автотрансформатора, 15-17 ключевых элементов, блок управления ключевыми элементами, формирователь эталонного синусоидального сигнала, дифференциальный усилитель, усилитель мощности, трансформатор вольтодобавки, причем вход первого ключевого элемента подключен к началу обмотки автотрансформатора, вход каждого следующего ключевого элемента подключен к соответствующему отводу автотрансформатора, а выходы всех ключевых элементов соединены между собой, с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки и с одним из входов дифференциального усилителя, второй вход дифференциального усилителя и вход блока управления ключевыми элементами подключены к выходу формирователя эталонного синусоидального сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с одним из входов усилителя мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки, а второй вывод его вторичной обмотки соединен со вторым входом усилителя мощности и первичной обмоткой повышающего трансформатора, каждый выход блока управления ключевыми элементами подключен к управляющему входу соответствующего ключевого элемента, а дополнительный выход блока управления соединен с входом формирователя эталонного синусоидального сигнала.The technical result is achieved by the fact that the installation for determining the class of power semiconductor devices, including terminals for connecting to the mains voltage, an autotransformer, a step-up transformer, a rectifier, polarity switching switches, a control unit, a measurement unit, a current sensor, a voltage divider and contacts for connecting the tested semiconductor device, and the input of the autotransformer is connected to the terminals for connecting to the mains voltage, the rectifier is connected to the secondary winding of the step-up transformer, the contacts for connecting the semiconductor device under test are connected to the rectifier and the secondary winding of the step-up transformer through the polarity switching switches and the current sensor, the voltage divider is connected in parallel with the contacts, the inputs of the measuring unit are connected to the measuring outputs of the current sensor and the voltage divider, and the outputs of the control unit are connected to the control inputs of the polarity switching switches, according to the utility model additionally contains 14-16 autotransformer taps, 15-17 key elements, a key element control unit, a reference sinusoidal signal generator, a differential amplifier, a power amplifier, a voltage boost transformer, and the input of the first key element is connected to the beginning of the autotransformer winding, the input of each next key element is connected to the corresponding tap of the autotransformer, and the outputs of all key elements are interconnected, with one of the outputs of the secondary winding of the voltage boost transformer and with one of the inputs of the differential amplifier, the second input of the differential amplifier and the input of the control unit of key elements are connected to the output of the generator of the reference sinusoidal signal, the output of the differential the amplifier is connected to one of the inputs of the power amplifier, to the output of which the primary winding of the voltage boost transformer is connected, and the second output of its secondary winding is connected to the second input of the power amplifier and the primary winding of the step-up transformer, each output of the key element control unit is connected to the control input of the corresponding key element, and the additional output of the control unit is connected to the input of the reference sinusoidal signal generator.
Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков технического решения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем.The causal relationship between the set of essential features of the technical solution and the achieved technical result is as follows.
Введение новых конструктивных элементов и новых связей между конструктивными элементами, а также новое выполнение конструктивных элементов заявляемой установки для определения класса силовых полупроводниковых приборов, а именно то, что она:The introduction of new structural elements and new connections between structural elements, as well as a new implementation of the structural elements of the proposed installation to determine the class of power semiconductor devices, namely that it:
- дополнительно содержит 14-16 отводов автотрансформатора, - additionally contains 14-16 autotransformer taps,
- дополнительно содержит 15-17 ключевых элементов, - additionally contains 15-17 key elements,
- дополнительно содержит блок управления ключевыми элементами, - additionally contains a control unit for key elements,
-дополнительно содержит формирователь эталонного синусоидального сигнала,- additionally contains a generator of a reference sinusoidal signal,
- дополнительно содержит дифференциальный усилитель,- additionally contains a differential amplifier,
- дополнительно содержит усилитель мощности,- additionally contains a power amplifier,
- дополнительно содержит трансформатор вольтодобавки,- additionally contains a voltage boost transformer,
- вход первого ключевого элемента подключен к началу обмотки автотрансформатора, вход каждого следующего ключевого элемента подключен к соответствующему отводу автотрансформатора, а выходы всех ключевых элементов соединены между собой, с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки и с одним из входов дифференциального усилителя, второй вход дифференциального усилителя и вход блока управления ключевыми элементами подключены к выходу формирователя эталонного синусоидального сигнала, выход дифференциального усилителя соединен с одним из входов усилителя мощности, к выходу которого подключена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки, а второй вывод его вторичной обмотки соединен со вторым входом усилителя мощности и первичной обмоткой повышающего трансформатора, каждый выход блока управления ключевыми элементами подключен к управляющему входу соответствующего ключевого элемента, а дополнительный выход блока управления соединен с входом формирователя эталонного синусоидального сигнала в совокупности с известными признаками технического решения обеспечивает формирование импульсов высокого напряжения правильной синусоидальной формы с плавной регулировкой и высокой точностью задания амплитуды. Приложение к испытуемому полупроводниковому прибору импульсов высокого напряжения правильной синусоидальной формы исключает появление искажений на токе утечки и, соответственно на форме вольтамперной характеристики, а плавная регулировка и точное задание амплитуды напряжения повышают точность определения значения тока утечки при заданном значении амплитуды напряжения, что в совокупности повышает точность определения класса.- the input of the first key element is connected to the beginning of the winding of the autotransformer, the input of each next key element is connected to the corresponding tap of the autotransformer, and the outputs of all key elements are interconnected, with one of the outputs of the secondary winding of the voltage boost transformer and with one of the inputs of the differential amplifier, the second input of the differential of the amplifier and the input of the control unit of key elements are connected to the output of the generator of the reference sinusoidal signal, the output of the differential amplifier is connected to one of the inputs of the power amplifier, to the output of which the primary winding of the voltage boost transformer is connected, and the second output of its secondary winding is connected to the second input of the power amplifier and the primary winding step-up transformer, each output of the key element control unit is connected to the control input of the corresponding key element, and the additional output of the control unit is connected to the input of the reference blue generator usoidal signal in conjunction with the known features of the technical solution provides the formation of high voltage pulses of the correct sinusoidal shape with smooth adjustment and high accuracy of amplitude setting. The application of high voltage pulses of a regular sinusoidal shape to the semiconductor device under test eliminates the appearance of distortions in the leakage current and, accordingly, in the shape of the current-voltage characteristic, and smooth adjustment and precise setting of the voltage amplitude increase the accuracy of determining the value of the leakage current at a given value of the voltage amplitude, which together improves accuracy class definitions.
Это объясняется тем, что по сигналу, поступившему от блока управления, на выходе формирователя эталонного синусоидального сигнала формируется синхронизированное с напряжением сети напряжение правильной синусоидальной формы, амплитуда которого увеличивается от нуля до значения, которое, в определенном масштабе, задано по условиям испытаний. В зависимости от амплитуды эталонного сигнала блок управления ключевыми элементами подает сигнал управления на один из ключевых элементов, тот замыкается и подключает один из отводов автотрансформатора к своему выходу. На объединенном выходе ключевых элементов появляется напряжение, форма которого соответствует форме напряжения сети, а амплитуда увеличивается ступенями по 18-21 В синхронно с увеличением амплитуды эталонного синусоидального сигнала. Максимальная амплитуда на выходе ключевых элементов составляет 300 В. Количество отводов автотрансформатора и, соответственно, ключевых элементов определяется максимальным выходным напряжением усилителя мощности. Максимальное выходное напряжение усилителя мощности должно быть больше, чем величина ступени амплитуды на выходе ключевых элементов с учетом возможного колебания сетевого напряжения. Напряжение с выхода ключевых элементов поступает на один из входов дифференциального усилителя, где масштабируется и сравнивается с эталонным синусоидальным сигналом. Разность этих двух сигналов фактически является отклонением напряжения на выходе ключевых элементов от сигнала правильной синусоидальной формы с заданной амплитудой. Эта разность усиливается усилителем мощности, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора вольтодобавки. Вторичная обмотка трансформатора вольтодобавки соединена последовательно с выходом ключевых элементов и первичной обмоткой повышающего трансформатора. Таким образом, на первичной обмотке повышающего трансформатора действует напряжение, являющееся суммой сетевого напряжения с выхода ключевых элементов и усиленного отклонения этого напряжения от идеальной синусоиды. В результате суммирования этих сигналов на первичной обмотке напряжение на вторичной обмотке повышающего трансформатора имеет правильную синусоидальную форму. Напряжение с первичной обмотки повышающего трансформатора подается также на второй вход усилителя мощности, образуя отрицательную обратную связь для повышения устойчивости системы. Амплитуда высокого напряжения плавно, без скачков регулируется в диапазоне от нуля до 8500 В. В зависимости от сигнала от блока управления включается один из ключей переключения полярности и одна полуволна синусоидального высокого напряжения с вторичной обмотки повышающего трансформатора прикладывается через выпрямитель к испытуемому полупроводниковому прибору.This is explained by the fact that according to the signal received from the control unit, at the output of the generator of the reference sinusoidal signal, a voltage of the correct sinusoidal shape, synchronized with the mains voltage, is formed, the amplitude of which increases from zero to a value that, on a certain scale, is set according to the test conditions. Depending on the amplitude of the reference signal, the key element control unit sends a control signal to one of the key elements, which closes and connects one of the autotransformer taps to its output. At the combined output of the key elements, a voltage appears, the shape of which corresponds to the shape of the mains voltage, and the amplitude increases in steps of 18-21 V synchronously with an increase in the amplitude of the reference sinusoidal signal. The maximum amplitude at the output of the key elements is 300 V. The number of taps of the autotransformer and, accordingly, the key elements is determined by the maximum output voltage of the power amplifier. The maximum output voltage of the power amplifier must be greater than the magnitude of the amplitude step at the output of the key elements, taking into account possible fluctuations in the mains voltage. The voltage from the output of the key elements is fed to one of the inputs of the differential amplifier, where it is scaled and compared with the reference sinusoidal signal. The difference between these two signals is actually the deviation of the voltage at the output of the key elements from the signal of a regular sinusoidal shape with a given amplitude. This difference is amplified by a power amplifier, the output of which is connected to the primary winding of the booster transformer. The secondary winding of the voltage boost transformer is connected in series with the output of the key elements and the primary winding of the step-up transformer. Thus, a voltage acts on the primary winding of the step-up transformer, which is the sum of the mains voltage from the output of key elements and the increased deviation of this voltage from an ideal sinusoid. As a result of the summation of these signals on the primary winding, the voltage on the secondary winding of the step-up transformer has the correct sinusoidal shape. The voltage from the primary winding of the step-up transformer is also fed to the second input of the power amplifier, forming a negative feedback to increase the stability of the system. The high voltage amplitude is smoothly, without jumps, adjustable in the range from zero to 8500 V. Depending on the signal from the control unit, one of the polarity switching switches is turned on and one half-wave of a sinusoidal high voltage from the secondary winding of the step-up transformer is applied through the rectifier to the semiconductor device under test.
Таким образом, в заявляемой установке для определения класса силовых полупроводниковых приборов за счет всей совокупности признаков обеспечивается формирование испытательного высокого напряжения правильной синусоидальной формы с плавным регулированием амплитуды, что обеспечивает высокую точность задания амплитуды напряжения, высокую точность определения значения тока утечки испытуемого прибора, соответствующего заданному значению амплитуды испытательного напряжения, и получение неискаженной формы его вольтамперной характеристики и, следовательно, повышение точности определения класса.Thus, in the proposed installation for determining the class of power semiconductor devices, due to the entire set of features, the formation of a test high voltage of a regular sinusoidal shape with smooth amplitude control is ensured, which ensures high accuracy in setting the voltage amplitude, high accuracy in determining the leakage current value of the device under test corresponding to the specified value the amplitude of the test voltage, and obtaining an undistorted form of its current-voltage characteristic and, consequently, increasing the accuracy of determining the class.
Установка для определения класса силовых полупроводниковых приборов поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема заявляемой установки (фиг. 1).Installation for determining the class of power semiconductor devices is illustrated by a drawing, which shows a functional diagram of the proposed installation (Fig. 1).
Установка для определения класса силовых полупроводниковых приборов (фиг. 1) содержит клеммы для подключения к сетевому напряжениюInstallation for determining the class of power semiconductor devices (Fig. 1) contains terminals for connecting to mains voltage
I. 1 и 1.2, автотрансформатор 2, 15-17 ключевых элементов 3, повышающий трансформатор 4, выпрямитель 5, ключи переключения полярности 6, блок управления 7, блок измерений 8, датчик тока 9, делитель напряжения 10, контакты для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1; иI. 1 and 1.2,
II. 2, блок управления ключевыми элементами 12, формирователь эталонного синусоидального сигнала 13, дифференциальный усилитель 14, усилитель мощности 15 и трансформатор вольтодобавки 16.II. 2, key elements control unit 12, reference
Клеммы для подключения сетевого напряжения 1.1 и 1.2 соединены с входом автотрансформатора 2. Вход первого ключевого элемента 3 подключен к началу обмотки автотрансформатора. К каждому из 14-16 отводов автотрансформатора 2 подключен вход одного из 14-16 ключевых элементов 3. Выходы всех ключевых элементов 3 соединены между собой, с одним из входов дифференциального усилителя 14 и с одним из выводов вторичной обмотки трансформатора вольтодобавки 16. Каждый выход блока управления ключевыми элементами 12 подключен к управляющему входу соответствующего ключевого элемента 3. Второй вход дифференциального усилителя 14 и вход блока управления ключевыми элементами 12 подключены к выходу формирователя эталонного синусоидального сигнала 13, а выход дифференциального усилителя 14 соединен с одним из входов усилителя мощности 15. К выходу усилителя мощности 15 подключена первичная обмотка трансформатора вольтодобавки 16, а второй вывод его вторичной обмотки соединен со вторым входом усилителя мощности 15 и первичной обмоткой повышающего трансформатора 4. Один из выводов вторичной обмотки повышающего трансформатора 4 через выпрямитель 5 и ключи переключения полярности 6 соединен к первым контактом для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1, а второй вывод вторичной обмотки повышающего трансформатора 4 соединен с вторым контактом для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.2 через датчик тока 9. Параллельно контактам для подключения испытуемого полупроводникового прибора 11.1 и 11.2 подключен делитель напряжения 10. Измерительные выходы датчика тока 9 и делителя напряжения 10 соединены с входами блока измерений 8, выходы блока управления 7 подключены к управляющим входам ключей переключения полярности 6, а дополнительный выход блока управления 6 соединен с входом формирователя эталонного синусоидального сигнала 13.The terminals for connecting the mains voltage 1.1 and 1.2 are connected to the input of the
Установка для определения класса силовых полупроводниковых приборов работает следующим образом.Installation for determining the class of power semiconductor devices works as follows.
Блок управления 7 определяет условия испытаний, формирует сигнал на включение одного из ключей переключения полярности 6 и, либо автоматически, либо по команде оператора задает сигнал на вход формирователя эталонного синусоидального сигнала 13, определяющий как скорость нарастания амплитуды высокого напряжения от нуля до конечного значения, так и само конечное значение амплитуды. На выходе формирователя эталонного синусоидального сигнала 13 формируется синхронизированный с сетевым напряжением сигнал идеальной синусоидальной формы, амплитуда которого изменяется во времени от нуля до заданного значения. Этот сигнал поступает на вход блока управления ключевыми элементами 12, который формирует команды управления ключевыми элементами 3 таким образом, чтобы в каждый момент времени был открыт один из ключевых элементов 3, и амплитуда сетевого напряжения на выходе ключевых элементов 3 увеличивалась одновременно с увеличением амплитуды эталонного сигнала ступенями по 18-21 В. Масштаб между амплитудой эталонного сигнала и амплитудой напряжения на выходе ключевых элементов 3 составляет, например, 1:60. Следовательно, пока амплитуда эталонного сигнала увеличивается, например, от нуля до 0,25 В, замкнут первый ключевой элемент 3, вход которого подключен к началу обмотки автотрансформатора, и напряжение на выходе ключевых элементов 3 равно нулю. Если амплитуда эталонного сигнала станет равной, например, 0,3 В, то по команде от блока управления ключевыми элементами 12 будет открыт второй ключевой элемент 3, и на его выходе появится напряжение, с амплитудой 18-21 В, повторяющее по форме сетевое напряжение. При амплитуде эталонного сигнала равной 0,55 В будет открыт третий ключевой элемент 3, и на его выходе появится напряжение, с амплитудой 36-42 В, и так далее. Напряжение с выхода ключевых элементов 3 поступает на один из входов дифференциального усилителя 14 через делитель 1:60, а на второй вход дифференциального усилителя 14 приходит эталонный синусоидальный сигнал. На выходе дифференциального усилителя 14 будет сформирован сигнал, который является разностью между напряжением на выходе ключевых элементов 3 (в масштабе 1:60) и сигналом правильной синусоидальной формы с заданной амплитудой. Эта разность усиливается усилителем мощности 15, выход которого подключен к первичной обмотке трансформатора вольтодобавки 16. В итоге на первичной обмотке повышающего трансформатора 4 действует напряжение, которое является суммой напряжения на вторичной обмотке трансформатора вольтодобавки 16 и напряжения на выходе ключевых элементов 3. Это напряжение имеет правильную синусоидальную форму и его амплитуда может плавно регулироваться от нуля до 300 В. Следовательно, напряжение на вторичной обмотке повышающего трансформатора 4 также имеет правильную синусоидальную форму с регулируемой от нуля до 8500 В амплитудой. В зависимости от заданных условий испытаний открыт один из ключей переключения полярности 6, и к испытуемому прибору, подключенному к контактам 11.1 и 11.2, прикладывается либо положительная, либо отрицательная полуволна напряжения, амплитуда которой во время испытаний плавно увеличивается от нуля до заданного значения. На измерительном выходе делителя напряжения 10 формируется сигнал, пропорциональный приложенному к испытуемому прибору напряжению, а на измерительном выходе датчика тока 9 - сигнал, пропорциональный току утечки через испытуемый полупроводниковый прибор. Эти сигналы подаются на входы блока измерений 8, который обеспечивает связь с оператором и генерирует на индикации установки амплитудные значения напряжения на испытуемом приборе и тока через него, рассчитанное по результатам измерений значение класса, и выводит на экран графическое изображение вольтамперной характеристики испытуемого прибора.The control unit 7 determines the test conditions, generates a signal to turn on one of the polarity switching switches 6 and, either automatically or at the command of the operator, sets the signal to the input of the reference
В установке для определения класса силовых полупроводниковых приборов, выбранной в качестве прототипа, источником испытательного сигнала является напряжение питающей сети, и амплитуда этого сигнала регулируется ступенями с минимальной величиной ступени 1,4 В, что соответствует минимальной ступени напряжения на испытуемом приборе примерно 45 В. При определении класса измеряют значение тока утечки порядка 20-100 мА в начале лавинного участка вольтамперной характеристики испытуемого прибора. Учитывая, что дифференциальное сопротивление диодов и тиристоров на этом участке вольтамперной характеристики может составлять 50-100 Ом, увеличение значений тока утечки при увеличении напряжения ступенями по 45 В составит не менее 100 мА. Следовательно, ошибка в измерении значения тока утечки на этом участке вольтамперной характеристики будет составлять не менее чем два раза. А при измерении низковольтных силовых полупроводниковых приборов, например, сварочных диодов с напряжением класса 400-600 В, ошибка в задании амплитуды испытательного напряжения, регулируемого ступенями по 45 В, будет составлять более 10%, что приводит к недопустимо большой погрешности в определении класса. Кроме того, напряжение питающей сети характеризуется значительными нелинейными искажениями. В соответствии с требованиями стандарта, нормально допустимое значение коэффициента для пятой гармоники составляет 6%, для седьмой гармоники - 5% и т.д. Величина барьерной емкости p-n-переходов большой площади составляет не менее 10 нФ. Если к испытуемому полупроводниковому прибору прикладывается напряжение 6000 В, то при таких значениях коэффициентов гармоник их суммарный вклад в значения тока утечки с амплитудой 20 мА составит около 2-3 мА, то есть 10-15%. Это приведет к существенному искажению формы вольтамперной характеристики, по которой оператор оценивает качество испытуемого полупроводникового прибора. Итак, погрешность определения класса полупроводникового прибора, обусловленная ступенчатым характером регулировки испытательного напряжения и его нелинейными искажениями, составит более 10%. Другими словами, ошибка в определении допустимого рабочего напряжения для тиристора 60 класса составит не менее ±600 В, что недопустимо много.In the installation for determining the class of power semiconductors, chosen as a prototype, the source of the test signal is the mains voltage, and the amplitude of this signal is regulated by steps with a minimum step value of 1.4 V, which corresponds to a minimum voltage step on the device under test of approximately 45 V. When determining the class, a leakage current value of the order of 20-100 mA is measured at the beginning of the avalanche section of the current-voltage characteristic of the device under test. Taking into account that the differential resistance of diodes and thyristors in this section of the current-voltage characteristic can be 50-100 Ohm, the increase in leakage current values with increasing voltage in steps of 45 V will be at least 100 mA. Consequently, the error in measuring the value of the leakage current in this section of the current-voltage characteristic will be at least two times. And when measuring low-voltage power semiconductor devices, for example, welding diodes with a voltage of class 400-600 V, the error in setting the amplitude of the test voltage, adjustable in steps of 45 V, will be more than 10%, which leads to an unacceptably large error in determining the class. In addition, the supply voltage is characterized by significant non-linear distortions. In accordance with the requirements of the standard, the normally acceptable coefficient value for the fifth harmonic is 6%, for the seventh harmonic - 5%, etc. The value of the barrier capacitance of large-area p-n junctions is at least 10 nF. If a voltage of 6000 V is applied to the semiconductor device under test, then with such values of the harmonic coefficients, their total contribution to the values of the leakage current with an amplitude of 20 mA will be about 2-3 mA, that is, 10-15%. This will lead to a significant distortion of the shape of the current-voltage characteristic, by which the operator evaluates the quality of the semiconductor device under test. So, the error in determining the class of a semiconductor device, due to the stepwise nature of the adjustment of the test voltage and its non-linear distortions, will be more than 10%. In other words, the error in determining the permissible operating voltage for a class 60 thyristor will be at least ± 600 V, which is unacceptably high.
В заявляемой установке коэффициент нелинейных искажений испытательного напряжения определяется коэффициентом нелинейных искажений усилителя мощности, который составляет менее 0,5%, а регулирование амплитуды испытательного напряжения осуществляется плавно, без ступеней, с точностью задания порядка 1% любого значения в диапазоне от нуля до 8500 В. Высокая точность задания определенного значения амплитуды напряжения на испытуемом полупроводниковом приборе обуславливает и высокую точность определения значения тока утечки, соответствующего этому значению напряжения.In the proposed installation, the coefficient of nonlinear distortion of the test voltage is determined by the coefficient of nonlinear distortion of the power amplifier, which is less than 0.5%, and the amplitude of the test voltage is controlled smoothly, without steps, with an accuracy of about 1% of any value in the range from zero to 8500 V. The high accuracy of setting a certain value of the voltage amplitude on the semiconductor device under test also determines the high accuracy of determining the value of the leakage current corresponding to this voltage value.
Заявляемая установка для определения класса силовых полупроводниковых приборов может быть реализована на известном оборудовании с помощью известных материалов и средств, что подтверждает ее промышленную пригодность.The inventive installation for determining the class of power semiconductor devices can be implemented on known equipment using known materials and means, which confirms its industrial suitability.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU215244U1 true RU215244U1 (en) | 2022-12-05 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU241547A1 (en) * | вители Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта акад В. Н. Образцова , Саранский завод Электровыпр митель | DEVICE FOR CLASSIFICATION OF SEMICONDUCTOR VALVES ON THE VALUE OF REVERSE BREAKING VOLTAGE | ||
| SU545938A1 (en) * | 1975-09-05 | 1977-02-05 | Предприятие П/Я А-7231 | Device for monitoring thyristor parameters |
| SU771577A1 (en) * | 1978-12-05 | 1980-10-15 | Предприятие П/Я А-7231 | Device for measuring maximum permissible growth rate of thyristor direct voltage |
| SU920585A1 (en) * | 1980-07-11 | 1982-04-15 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Power thyristor classification device |
| WO2006068936A2 (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-29 | Teradyne, Inc. | A method and system for testing semiconductor devices |
| WO2013129873A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | (주)제이티 | Apparatus for testing elements |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU241547A1 (en) * | вители Ленинградский институт инженеров железнодорожного транспорта акад В. Н. Образцова , Саранский завод Электровыпр митель | DEVICE FOR CLASSIFICATION OF SEMICONDUCTOR VALVES ON THE VALUE OF REVERSE BREAKING VOLTAGE | ||
| SU545938A1 (en) * | 1975-09-05 | 1977-02-05 | Предприятие П/Я А-7231 | Device for monitoring thyristor parameters |
| SU771577A1 (en) * | 1978-12-05 | 1980-10-15 | Предприятие П/Я А-7231 | Device for measuring maximum permissible growth rate of thyristor direct voltage |
| SU920585A1 (en) * | 1980-07-11 | 1982-04-15 | Мордовский государственный университет им.Н.П.Огарева | Power thyristor classification device |
| WO2006068936A2 (en) * | 2004-12-21 | 2006-06-29 | Teradyne, Inc. | A method and system for testing semiconductor devices |
| WO2013129873A1 (en) * | 2012-02-29 | 2013-09-06 | (주)제이티 | Apparatus for testing elements |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH01502299A (en) | High impedance fault analysis device in power distribution system | |
| US5691628A (en) | Regulation of current or voltage with PWM controller | |
| CN105738706A (en) | Method and apparatus for testing insulated grounding resistance of photovoltaic inverter | |
| RU215244U1 (en) | INSTALLATION FOR DETERMINATION OF THE CLASS OF POWER SEMICONDUCTOR DEVICES | |
| RU2787974C1 (en) | Installation for determination of the class of power semiconductor devices | |
| CN105785133A (en) | Insulation resistance to ground detecting circuit, method and device for dual-path photovoltaic inverter | |
| CN109239570A (en) | A kind of diode forward current surge experimental circuit | |
| CN109581265B (en) | Method for detecting direct current resistance of current transformer based on power error | |
| JPS6256870A (en) | Deterioration detecting device for arrester | |
| US5471134A (en) | Measuring apparatus with adjustable indicator for measuring the real load factor on an electricity source | |
| CN108845167B (en) | Large current generator device | |
| RU185719U1 (en) | STAND FOR TESTS OF POWER SEMICONDUCTOR DEVICES ON RESISTANCE TO ACTION OF SHOCK CURRENT | |
| US2147918A (en) | Vacuum tube cycle counter | |
| US2010697A (en) | Peak voltage measuring device | |
| RU2222857C1 (en) | Method for automatic adjustment of arc-control reactor | |
| US4386317A (en) | Apparatus for testing, in-circuit, semiconductors shunted by a low resistance | |
| US3431482A (en) | Power transmission for high voltage direct current | |
| CN113866704A (en) | Transient characteristic test method and device for direct current voltage transformer of grounding electrode line | |
| US3789291A (en) | Voltage compensated phase shifting circuit | |
| CN114047419B (en) | Silicon controlled rectifier detector and silicon controlled rectifier performance detection method | |
| Glynne | A differential electronic stabilizer for alternating voltages, and some applications | |
| CN112557949B (en) | Burst short circuit test method based on power electronic high-power supply | |
| Ortolano et al. | A three-arm four terminal-pair digitally-assisted current comparator bridge for the comparison of arbitrary complex impedances | |
| Kyriazis et al. | A current-comparator-based bridge for calibrating power and energy standards at 50/60 Hz | |
| SU1383224A1 (en) | Panoramic analyzer of input resistance frequency characteristics of industrial power networks |