一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统技术方案

本发明专利技术提供了一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统，所述观测系统包括主电路、电流切除支路和控制单元，其中：所述主电路，包括串联连接的电源、负载电感、第一故障切除器件、和观测器件接口，其中所述观测器件接口用于安装待观测的电力电子器件；所述电流切除支路，包括第二故障切除器件，并且所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件和观测器件接口并联连接；所述控制单元，与所述主电路中的所述第一故障切除器件和所述电流切除电路中的第二故障切除器件连接，并能够与所述待观测的电力电子器件连接。本发明专利技术的观测系统能够对电力电子器件的损坏时间演化规律实现观测。

An observation system for damage time evolution of power electronic devices

【技术实现步骤摘要】
一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统
本专利技术属于电力电子
，尤其涉及一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统。
技术介绍
目前，由于高阻断电压、大通态电流的特点，IGCT(integratedGateCommutatedThyristors，集成门极换流晶闸管)、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)等器件广泛应用到大电流、低损耗的场景中。而对于包括IGCT、IGBT等器件在内的电力电子器件的应用而言，存在合适的电压、电流、频率等安全工作区域。对于超出安全工作区域的器件，则会发生由于热学积累、过电压、大浪涌电流、动态雪崩等引起的器件失效。然而，由于这些器件从开始发生击穿，到局部损坏出现短路或断路的时间极短，一般在百纳秒到数十微秒间。因此，难以利用除电学外的手段观测并推断击穿发生极短时间尺度内的物理过程。除此之外，这些器件本体通过封装结构与外电路相连，由外表难以观测其内部，无法利用高速摄像机等设备对芯片进行直接观测。为研究器件在关断损坏过程的物理发展过程，亟待一种能够对电力电子器件的损坏时间演化规律实现观测的设备。
技术实现思路
为例解决上述技术问题，本专利技术提供了一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测设备。一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统，所述观测系统包括主电路、电流切除支路和控制单元，其中：所述主电路，包括串联连接的电源、负载电感、第一故障切除器件、和观测器件接口，其中所述观测器件接口用于安装待观测的电力电子器件；所述电流切除支路，包括第二故障切除器件，并且所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件和观测器件接口并联连接；所述控制单元，与所述主电路中的所述第一故障切除器件和所述电流切除电路中的第二故障切除器件连接，并能够与所述待观测的电力电子器件连接。进一步地，所述系统还包括负压耦合回路，其中，所述负压耦合回路串联在所述主电路中。进一步地，所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件、观测器件接口和负压耦合回路并联连接。进一步地，所述控制单元，用于判断所述待观测的电力电子器件是否超出安全工作区域到达观测时间节点，并基于判断结果控制所述主电路中所述第一故障切除器件和所述电流切除支路中所述第二故障切除器件的通断。进一步地，所述控制单元，用于在所述待观测的电力电子器件超出安全工作区域到达观测时间节点时，控制所述主电路中所述第一故障切除器件关断，同时控制所述电流切除支路中所述第二故障切除器件的开通。进一步地，所述第一故障切除器件和/或第二故障切除器件为电流型切除器件。进一步地，所述第一故障切除器件和/或第二故障切除器件为以碳化硅为基底材料或宽禁带半导体材料制作成的MOSFET或JFET器件。本专利技术能够对电力电子器件的损坏时间演化规律实现观测。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。应理解的是，前面的一般描述和下面的详细描述都是示例性的，并且意图在于提供要求保护的技术的进一步说明。附图说明通过结合附图对本专利技术实施例进行更详细的描述，本专利技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。除非明确指出，否则附图不应视为按比例绘制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同组件或步骤。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施例的一种观测系统典型拓扑示意图；图2示出了根据本专利技术实施例的一种带有负压耦合电路的观测系统典型拓扑示意图。具体实施方式为了使得本专利技术的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本专利技术的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是本专利技术的全部实施例，应理解，本专利技术不受这里描述的示例实施例的限制。基于本文所描述的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本专利技术的保护范围之内。在本说明书和附图中，将采用相同的附图标记表示大体上相同的元素和功能，且将省略对这些元素和功能的重复性说明。此外，为了清楚和简洁，可以省略对于本领域所熟知的功能和构造的说明。实施例一图1示出了根据本专利技术实施例的一种观测系统典型拓扑示意图，如图1所示，所述观测系统主要包括主电路、电流切除支路和控制单元(图中未示出)。其中，所述主电路包括串联连接的电源、负载电感、故障切除器件1、和观测器件接口，所述故障切除器件1可以位于所述观测接口靠近所述电源负极的一端；所述电流切除支路包括故障切除器件2，其中所述电流切除支路与所述主电路中串联的故障切除器件1和观测器件接口实现并联连接。控制单元与所述主电路中的故障切除器件1和电流切除支路中的故障切除器件2连接，以实现对故障切除器件1和故障切除器件2的通断控制。为了能够实现展示对包括IGCT、IGBT等器件在内的待观测电力电子等器件的连接关系，本专利技术在图1中，所述观测器件接口上连接了待观测器件。待观测器件IGCT、IGBT等连接到所述观测器件接口时，待观测器件的集电极与观测器件接口中电流流入的一端连接，而待观测器件的发射极与观测器件接口中电流流出的一端连接。所述控制单元还与所述待观测器件实现连接，以检测所述待观测器件是否超出安全工作区域到达观测时间节点。在正常状态下，本专利技术实施例一中的主电路可以形成导通的电流回路，即控制故障切除器件1导通，电流切除支路断开，即控制故障切除器件2断开。此时，电源电流从其正极流出依次经过所述负载电感、安装在所述观测器件接口上的待观测器件、故障切除器件1后，到达电源的负极。当检测到待观测器件超出安全工作区域到达观测时间节点时，记录该时间节点，并控制故障切除器件1关断，控制故障切除器件2开通。此时，一方面串联的故障切除器件1主动关断切断电流，另一方面故障切除器件2的开通可以辅助对故障切除器件1所在支路进行换流，并抑制故障切除器件1支路的过电压，提供更为稳定的观测与保护性能，快速将过电流切除，维持待观测器件在待测时刻的状态。本专利技术实施例中，故障切除器件1和故障切除器件2可以选用电流型切除器件。电流切除器件既需要承受母线电压与关断暂态过电压，又要实现快速关断电流。因此，本专利技术实施例中采用单极器件，为保证阻断电压，减小由串并联引入的不可靠性，最终主要考虑选用以碳化硅为基底材料(也可为其他宽禁带半导体材料)制作成的MOSFET(MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管)或JFET(JunctionFieldEffectTransistor，结型场效应管)器件作为电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统，所述观测系统包括主电路、电流切除支路和控制单元，其中：/n所述主电路，包括串联连接的电源、负载电感、第一故障切除器件、和观测器件接口，其中所述观测器件接口用于安装待观测的电力电子器件；/n所述电流切除支路，包括第二故障切除器件，并且所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件和观测器件接口并联连接；/n所述控制单元，与所述主电路中的所述第一故障切除器件和所述电流切除电路中的第二故障切除器件连接，并能够与所述待观测的电力电子器件连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种针对电力电子器件损坏时间演化规律的观测系统，所述观测系统包括主电路、电流切除支路和控制单元，其中：
所述主电路，包括串联连接的电源、负载电感、第一故障切除器件、和观测器件接口，其中所述观测器件接口用于安装待观测的电力电子器件；
所述电流切除支路，包括第二故障切除器件，并且所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件和观测器件接口并联连接；
所述控制单元，与所述主电路中的所述第一故障切除器件和所述电流切除电路中的第二故障切除器件连接，并能够与所述待观测的电力电子器件连接。


2.根据权利要求1所述的观测系统，所述系统还包括负压耦合回路，其中，
所述负压耦合回路串联在所述主电路中。


3.根据权利要求2所述的观测系统，其中
所述电流切除支路与所述主电路中串联的第一故障切除器件、观测器件接口和负压耦合回路并联连接。

【专利技术属性】
技术研发人员：刘佳鹏，曾嵘，余占清，周文鹏，许超群，屈鲁，庄池杰，赵彪，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司，清华大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33