SU883808A1

SU883808A1 - Device for determination of thyristor dynamic thermal stability

Info

Publication number: SU883808A1
Application number: SU802890967A
Authority: SU
Inventors: Владимир Александрович Соков
Original assignee: Севастопольский Приборостроительный Институт
Priority date: 1980-03-06
Filing date: 1980-03-06
Publication date: 1981-11-23

Description

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКОЙ ТЕРМОСТОЙКОСТИ ТИРИСТОГОВ(54) DEVICE FOR DETERMINING DYNAMIC THERMAL RESISTANCE OF THYRISTOGES

II

Изобретение относитс к электронной и электротехнической промышленности и може быть использовано дл контрол тепловых параметров тиристоров в динамическом режиме .The invention relates to the electronic and electrical industries and can be used to control the thermal parameters of thyristors in a dynamic mode.

Известно устройство дл определени динамической термостойкости тиристоров, содержащее источник импульсов ударного тока, блок управлени , блок индикации и источник тестовых узких импульсов напр жени , подключенный к силовым клеммам тиристора и св занный с блоком управлени через блок задержки 1.A device for determining the dynamic heat resistance of thyristors is known, which contains a source of shock current pulses, a control unit, an indication unit and a source of test narrow voltage pulses connected to the thyristor power terminals and connected to the control unit through a delay unit 1.

Недостатками данного устройства вл ютс низка производительность измерени и больша погрешность, обусловленна вли нием dU/dt узкого импульса напр жени на чувствительность и, главным образом, использованием в качестве термочувствительного параметра напр жени переключени , а именно его температурной зависимости, котора св зана с флуктуаци ми электрофизических параметров .The disadvantages of this device are low measurement performance and a large error due to the effect of dU / dt of a narrow voltage pulse on sensitivity and, mainly, using the temperature of the switching voltage as a thermosensitive parameter, namely its temperature dependence, which is associated with fluctuations electrophysical parameters.

вестно устройство дл измерени темпера-суры перехода диода, содержащее источник высокочастотного сигнала, источник стабилизированного напр жени , две линии задержки и цепь измерени статических характеристик, определ ющих величину измер емой температуры в рабочем диапазоне 2.A device for measuring the temperature of a diode transition is known, which contains a source of a high-frequency signal, a source of stabilized voltage, two delay lines, and a circuit for measuring static characteristics that determine the value of the measured temperature in the operating range 2.

Недостатком этого устройства вл етс невозможность измерени динамических характеристик приборов, в том числе температуры, A disadvantage of this device is the impossibility of measuring the dynamic characteristics of devices, including temperature,

to превышающей рабочий диапазон, поскольку необходима предварительна термокалибровка.to exceed the operating range, since pre-thermal calibration is required.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому вл етс устройство, содержащее источник импульсов кратковремен15 ной перегрузки и источник тестового сигнала , подключенные первыми своими входами к аноду испытуемого тиристора через разв зывающие диоды, а вторыми выходами соответственно к катоду испытуемого тирис20 тора и к одному из выводов резистора тестовой цепи, с которым соединен первый вход блока индикации, блок управлени , выход которого подключен к управл ющему электроду испытуемого тиристора, и регул тор (3. Устройство позвол ет определить перегрузоч ную способ1гость тиристоров по току, фикеиру амплитуду и скорость нарастани импульса силового тока, при которых достигаетс предельна температура тиристорной структуры , предшествующа ее разрушению. Недостатками данного устройства вл ютс отсутствие количественной информации о величине времени остывани структуры (регистрируемого как врем выключени ) и, следовательно, степени перегрева испытуемого тиристора при прохождении импульсов силового тока, предшествующих предельному, что ограничивает применение устройства, например при оценке теплового воздействи одиночных импульсов при различных услови х; невозможность дл отдельных типов тнристоров определить предельную перегрузку при температурных испытани х, когда токи утечки станов тс соизмеримыми с токами удержани что вызывает резкую потерю чувствительности Цель изобретени - расширение функциональных возможностей устройства. Поставленна цель достигаетс тем, что в устройство дл определени Динамической термостойкости тиристоров, содержащее источник импульсов кратковременной перегрузки и источник тестового сигнала, подключенные первыми своими выходами к аноду испытуемого тиристора через разв зывающие диоды, а вторыми выходами соответственно к катоду испытуемого тиристора и к одному из выводов рез 1стора тестовой цепи, с которым соеданен первый вход блока индикации, блок управлени , выход которого подключен к управл ющему злектроду испытуемого тиристора и регул тор, введены генератор калиброванной частоты, блок калибровки и резонансный фильтр, причем выход генератора калиброванной частоты соединен с источником тестового сигнала, со вторым входом блока индикации и входом синхронизации блока управлени , входы блока калибровки подключены соответственно к другому выходу резистора тесто вой цепи, соединенному с управл ющим элек тродом испытуемого тиристора и с третьим входом блока индикации, к источнику тестового сигнала и к регул тору, а его выход соединен через резонансный фнльтр с четвертым входом блока индикации. Ма чертеже приведена функциональна схема устройства. Устройство содержит истошик 1 импульсов кратковременной перегрузки, выполненный с возможностью пе1)еключени в положени Калибр)пка и Измерение, источник 2 4 тестового сигнала, испытуемый тиристор 3, блок 4 управлени , состо щий из пусковой кнопки 5, ждущего одновибратора 6, схемы 7 совпадени и усилител 8; блок 9 индикации , состо щий из усилител 10, коммутатора 11 напр жени и счетчика 12 импульсов , резистор 13 тестовой цепи, блок 14 калибровки, состо щий из резистора 15, источника 16 вспомогательного сигнала и диода 17; регул тор 18, резонансный фильтр 19, генератор 20 калиброванной частоты, раэ в зывающие диоды 21 и 22, через которые подключаютс к аноду испытуемого тиристора источники импульсов кратковременной перегрузки и тестового сигнала. Источник импульсов кратковременной перегрузки выполнен, например, на основе контура L-С, зар дна цепь которого разорвана при положении переключател Калибровка, а выход защунтирован. После окончани калибровки на подключенном к устройству тиристоре 3 переключателем, соединенным с источником 1 и приведенным в положение Измерение (обозначено на чертеже И), выход источника расщунтирован и зар дна цепь замкнута. До момента нажати пусковой кнопки 5 источник 1 готов к действию. Ждущий одпопибратор 6 предназначен дл ограничени до нужной длительности сигнала произвольной длительности с кнопки 5. Длительность сигнала одновибратора 6 выбрана из услови разового совпадени во времени сигналов на входах схемы 7 совпадени . Усилитель 8 формирует управл ющий нмпульс к тиристору 3 по длительности и амплитуде. В качестве усилител 10 блока 9 индикации использован, например, операционный усилитель , в качестве коммутатора 11 напр жени используетс коммутатор напр жени , посто нного и переменного тока, счетчик 12 импульсов , в положение счета импульсов приводитс сигналом с выхода блока 4 управлени , прекращает счет по сигналу с коммутатора 11. Блок 14 калибровнги предназначен дл компенсации температурных токов утечки испы- емого тиристора, котора проводитс при включенном на калибровку источнике 1. Резистор 15 равен по сопротивлению резистору 13, источник 16 вспомогательного сигиала синхронизирован по фазе с источником 2, частота и длительность импульса его одинаковы с параметрами источника 2. Источник 16 позвол ет осуществить регулировку выходного сигнала посредством регул тора 1Ь. Разделнтельиый диод 17 в блоке 14 исключает прохождение силового тока .и цепи блока калибровки. Резонансный фильтр 19 может быть выполнен по любой известной схеме, он предназначен дл пропускани на вход блока 14 только, полезного снгнала калнброванной частоты. Генератор 20 калиброванной частоты предназначен дл пропускани через испытуемый тиристор сигнала калиброванной частоты, причем высокочастотный сигнал модулирован по амплитуде сигналом источника 2. Выход генератора 20 включен на измерительный вход счетчика, посредством которого блок 9 индикации измер ет длительность протекани тестового сигнала по количеству импульсов, сосчитанных счетчиком. В качеств генератора 20 может быть использоваи, напри мер, кварцованный генератор. Синхронизаци 20-7 предназначена дл исключени несистематической ошибки в измерении длительности протекани тестового тока. Эта ошибка составл ет полпериода гене ратора 20. и обусловлена возможным несовпадением момента включени тиристора с началом прохождени импульса от генератора Подключение источника 2 к аноду и управл ющему электроду тиристора предназначено дл повышени предела амплитудь тестового сигнала, ограниченного температурной зависимостью тока удержани . При таком подключении источника 2 амплитуда тестового сигнала может быть выбрана заведомо превы шающей ток утечки при температурных испытаии х . Принцип работы предлагаемого устройства осиован на зависимости от температуры пере грева времеш остыванн включенной области до температуры собственной проводимости. Длительность остывани , таким образом, вл етс критерием устойчивости тиристора к тепловому воздействию силового тока заданной амплитуды и длительности. Устройство работает следующим образом. Источник 1 кратковременной перегрузки переводитс в положение Калибровка (на чертеже обозначено К), при этом напр жение на тиристоре обусловлеио величиной выходного сигнала с источншса 2, и амплитуда сигнала на резисторе 13 определена величиной токов утечки тиристора. Одновременно в блоке 14 калибровки от источника 16 вспомогательного сигнала, синхронизированного с источником 2, по резистору 15 протекает ток формь той же, что и в тестовой цепи. Регул тором 18 измен етс выходное напр жение источника 16 до момента, когда уровень сигнала иа вь(ходе блока 14 станет нулевым. Этот момент регистрируетс KOMiviyraTOpoM П (по цепи 14-19- 10-11). После окончани кадшбровки (утечка в тестовой цепи компенсирована блоком 14) источник I переводитс и положение Измерение и нажатием 6 пусковой кнопки включаетс тиристор 3 управл ющим сигналом ог блока 4 по цени 5-6-7-8-3 при совпадешш на входах 7 сигналов от одновибратора 6 и генератора 20. По силовой цепи через тиристор 3 проходит кратковременный импульс перегрузки, перегревающий включенную область тиристора выше температуры собственной проводимости. Однорременно с включением тиристора по цепи 2-13-3 при посто нно работающем источнике 2 начинает проходить высокочастотный сигнал увеличенной амплитуды, так как сопротивление тиристора резко уменьишлось при включении, а на управл ющий вход счетчика 12 поступает сигнал от блока 8-12, синхронный с импульсом управлени тиристора 3, и счетчик 12 начинает считать импульсы , приход щие на измерительный вход блока 9. Одновременно с включением тиристора увеличенный сигнал с резистора 13 тестовой цепи через резистор 15, вход блока 14 и фильтр 19 поступает на первый вход блока 10 блока индикации 9. (измерительный вход уровн сигнала), и приводит коммутатор 11 в состо ние, при котором запирающий сигнал на другом управл ющем входе счетчика пропадает. Счетчик 12 считает импульсы тестового тока в течение времени, когда сопротивление тестовой цепи 2-13-3 определ етс выходным сопротивлением источника 2 и резистором 13. Это длитс до момента, при котором включенна область тиристора охладитс до температуры собственной проводимости , и у тиристора, точнее у р-п-р триодной сек1щи его, восстанов тс блокирующие свойства. Длительность этого процесса определена температурой перегрева включенной области и температурой корпуса тиристора. При резком возрастании сопрбтивлени в тестовой цепи за счет увеличени сопротивлени тиристора 3 в момент восстановлени блокирующих свойств триодной секцни происходит уменьшение тока и уменьшение потенциала на выводе резистора 13, соединенном со вторым входом блока 10 блока нндикации 9 (13-10). При равенстве этого потенциала с потенциалом на входе блока 16 блока калибровки 14, соединенном со входом фильтра 19 (это раве} ство установлеКо при калибровке) коммутатор 11 через усилитель 10 переключаетс в другое состо ние и на управл ющем входе счетчика 12 по вл етс сигнал, блокирующий его. Счет импульсов прекращаетс , поскольку частота генератора калибрована, количество импульсов на счетчике дает измеренный нремениой интервал с момента включени тиристора 3 до момента восстановлени блокнрунниих СВОЙГТР тиристора т.е измерено врем гюи.шриThe closest in technical essence to the present invention is a device containing a source of short-time overload pulses and a test signal source connected by its first inputs to the anode of the test thyristor through the isolating diodes, and the second outputs, respectively, to the cathode of the test thyristor and to one of the terminals of the resistor the test circuit to which the first input of the display unit is connected, the control unit whose output is connected to the control electrode of the test thyristor, and the controller (3. The device allows determining the overload current thyristor method, the amplitude and the slew rate of the power current at which the limiting temperature of the thyristor structure prior to its destruction is reached. The disadvantages of this device are the lack of quantitative information about the structure cooling time (recorded as off time). ) and, therefore, the degree of overheating of the test thyristor during the passage of pulses of power current preceding the limiting It uses the device, for example, in evaluating the thermal effects of single pulses under various conditions; it is impossible for certain types of tristors to determine the ultimate overload during temperature tests, when leakage currents become commensurate with holding currents, which causes a sharp loss of sensitivity. The purpose of the invention is to expand the functionality of the device. The goal is achieved by the fact that a device for determining the dynamic thermal stability of thyristors, containing a source of short-duration overload pulses and a source of test signal, connected with its first outputs to the anode of the test thyristor through isolating diodes, and the second outputs, respectively, to the cathode of the test thyristor and to one of the outputs the cut of the 1 stor of the test circuit with which the first input of the display unit is connected, the control unit, the output of which is connected to the control electrode of the test lamp a stator and a regulator, a calibrated frequency generator, a calibration unit and a resonant filter are entered, the calibrated frequency generator output is connected to the test signal source, the second input of the display unit and the synchronization input of the control unit, the calibrator inputs are connected to the other output of the test circuit, respectively connected to the control electrode of the test thyristor and to the third input of the display unit, to the source of the test signal and to the controller, and its output is connected via a resonant fnl p with fourth input of the indication unit. Ma drawing shows a functional diagram of the device. The device contains istoshik 1 short-term overload pulses, made with the possibility of turning off the switch in the Caliber and Measurement positions, the source 2 of the 4 test signal, the test thyristor 3, the control unit 4, consisting of the start button 5, the waiting one-shot 6, the coincidence circuit 7 and amplifier 8; an indication unit 9 consisting of an amplifier 10, a voltage switch 11 and a pulse counter 12, a test circuit resistor 13, a calibration unit 14 consisting of a resistor 15, an auxiliary signal source 16 and a diode 17; a regulator 18, a resonant filter 19, a generator 20 of a calibrated frequency, diverging diodes 21 and 22, through which the sources of short-term overload pulses and a test signal are connected to the anode of the test thyristor. The source of short-term overload pulses is made, for example, on the basis of the L-C circuit, the charge circuit of which is broken at the position of the Calibration switch, and the output is bypassed. After the calibration is completed on a thyristor 3 connected to the device with a switch connected to source 1 and set to the Measurement position (indicated on the drawing I), the source output is de-energized and the charging circuit is closed. Until the start button 5 is pressed, source 1 is ready for action. The waiting odometer 6 is designed to limit an arbitrary length of the signal from the button 5 to the desired length. The signal duration of the one-shot 6 is selected because of the one-time coincidence of the signals at the inputs of the matching circuit 7. The amplifier 8 generates a control pulse to the thyristor 3 in duration and amplitude. For example, the operational amplifier is used as the amplifier 10 of the display unit 9, the voltage switch, direct and alternating current is used as the voltage switch 11, the pulse counter 12, is brought to the pulse counting position by a signal from the output of the control unit 4, stops counting by the signal from switch 11. Calibration unit 14 is designed to compensate for the temperature leakage currents of the test thyristor, which is carried out with the source 1 turned on for calibration. Resistor 15 is equal in resistance to resistor 13, Source 16 sigiala auxiliary synchronized in phase with the source 2, the frequency and duration of its impulse parameters are identical with the source 2. The source 16 allows to carry out output control by controller 1b torus. Separate diode 17 in block 14 prevents the passage of power current .and the circuit of the calibration unit. The resonant filter 19 can be made according to any known scheme, it is intended to pass only the useful frequency band to the input of the block 14. Calibrated frequency generator 20 is designed to pass a calibrated frequency signal through the thyristor under test, the high frequency signal being amplitude modulated with source signal 2. Generator 20 output is connected to the measuring input of the counter, through which display unit 9 measures the duration of test signal flow by the number of pulses counted by the counter . As generator 20, a quartz oscillator may be used, for example. Synchronization 20-7 is intended to eliminate the non-systematic error in measuring the duration of test current flow. This error amounts to a half-period of the generator 20. and is due to the possible mismatch of the thyristor's switching on with the beginning of the pulse from the generator. Connecting the source 2 to the anode and the thyristor control electrode is intended to increase the amplitude of the test signal limited by the temperature dependence of the holding current. With such a connection of the source 2, the amplitude of the test signal can be chosen that is obviously greater than the leakage current during temperature tests x. The principle of operation of the proposed device is based on the dependence on the overheating temperature during the cooling of the switched on area to the intrinsic conductivity temperature. The duration of cooling, therefore, is a criterion for the stability of the thyristor to the thermal effect of the power current of a given amplitude and duration. The device works as follows. The transient overload source 1 is switched to the Calibration position (denoted K in the drawing), the voltage on the thyristor being determined by the output signal from source 2, and the amplitude of the signal on the resistor 13 is determined by the magnitude of the leakage current of the thyristor. At the same time in block 14 calibration from the source 16 of the auxiliary signal, synchronized with the source 2, the current flowing through the resistor 15 is the same as in the test circuit. The regulator 18 changes the output voltage of the source 16 to the moment when the signal level is inoperated (during block 14 becomes zero. This time is recorded by KOMiviyraTOpoM P (on circuits 14-19-10-11). After the completion of cadbling (leakage in the test circuit compensated by block 14) source I is transferred to the position Measurement and pressing 6 of the start button turns on the thyristor 3 with the control signal from unit 4 at 5-6-7-8-3 with the same input signals 7 from the single vibrator 6 and the generator 20. the circuit through the thyristor 3 passes a short pulse of overload, the overheating thyristor included region is higher than the intrinsic conductivity temperature. At the same time as the thyristor is turned on along the 2-13-3 circuit with a constantly operating source 2, a high-frequency signal of increased amplitude begins to pass, since the resistance of the thyristor has sharply decreased when it is turned on, and the control input of the counter 12 enters the signal from block 8-12, synchronous with the thyristor control pulse 3, and the counter 12 starts counting the pulses arriving at the measuring input of the block 9. At the same time as the thyristor is turned on, The signal from the resistor 13 of the test circuit through the resistor 15, the input of the block 14 and the filter 19 is fed to the first input of the block 10 of the display unit 9. (measuring signal level input), and switches the switch 11 to a state where the locking signal on the other control the input of the counter disappears. Counter 12 counts the test current pulses during the time when the resistance of the test circuit 2-13-3 is determined by the output impedance of source 2 and resistor 13. This lasts until the moment at which the turned-on thyristor region cools to its own conductivity temperature, and the thyristor, more precisely at the pnp triode section, its blocking properties are restored. The duration of this process is determined by the overheating temperature of the included area and the temperature of the thyristor case. With a sharp increase in the resistance in the test circuit due to an increase in the resistance of the thyristor 3 at the moment the blocking properties of the triode section are restored, the current decreases and the potential decreases at the output of the resistor 13 connected to the second input of the indication unit 10 (13-10). When this potential is equal, the potential at the input of the calibrator unit 16 16 connected to the input of the filter 19 (this is equal to calibration) the switch 11 switches to another state through the amplifier 10 and a control signal appears at the control input of the counter 12 blocking it. Pulse counting stops as the generator frequency is calibrated, the number of pulses on the counter gives the time measured from the time of switching on the thyristor 3 until the moment of restoring the interferences of the thyristor, i.e.

Claims

Claim

A device for determining the dynamic thermal stability of thyristors, containing a source of short-term overload pulses and a source of test signal connected by their first outputs to the anode of the tested thyristor via decoupling diodes, and by the second outputs, respectively, to the cathode of the tested thyristor and to one of the terminals of the test circuit resistor to which the first is connected the input of the display unit, the control unit, the output of which is connected to the control electrode of the tested thyristor, and a regulator, characterized in that, with In order to expand the functionality of the device, a calibrated frequency generator, a calibration unit, and a resonant filter are introduced into it; 5 and the output of the calibrated frequency generator is connected to a test signal source, to the second input of the display unit and to the synchronization input of the control unit, the inputs of the calibration unit are connected respectively to another the output of the resistor of the test circuit connected to the control electrode of the tested thyristor and to the third input of the unit of excitation, to the source of the test signal and to the regulator , and its output is connected via a resonance filter with the fourth input of the display unit.