【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及中子辐照晶闸管效应试验，特别是涉及一种晶闸管失效试验装置。
技术介绍
1、当前，我国直流输电技术发展迅猛，处于国际领先地位。随着“藏电外送”的提出，我国高海拔地区的换流站将会越来越多。换流站的海拔越高，大气中子通量越高，换流阀的核心器件晶闸管面临的失效风险越高，失效率越高，可能威胁到高压直流输电系统的安全稳定运行。
2、对晶闸管而言，工况下受辐照失效的主要原因是单粒子烧毁，即高能中子入射在晶闸管内部产生空间电荷，在外加电压的作用下，在器件内局部区域产生大量载流子，温度升高，器件内部发生热击穿烧毁的现象。因此晶闸管受大气中子辐照失效的原因可能有两种：一是大气中子辐照直接作用于晶闸管引起单粒子效应，特别是单粒子烧毁事件导致器件故障；二是由大气中子引发高压直流输电系统控制部分故障，从而间接引发晶闸管故障。
3、寿命参数是可靠性参数一个非常重要的组成部分，在新研装备及在役装备中大量存在着寿命评估需求。对于大气中子辐照晶闸管失效的威胁，可以通过基于人工中子源的方法进行加速寿命的失效试验，进而获取晶闸管的失效率。
4、现有的失效试验主要包括美军标mil-std-750中1080.1的实验、国标gb/t4937.17-2018中半导体器件机械试验和国军标gjb 762.1-89中半导体器件辐射加固试验。
5、美军标mil-std-750中1080.1的实验对平板垂直功率mosfet在重离子照射下的单粒子烧毁(seb)和单粒子门极破裂(segr)的辐照实验规范进行了简要表述。然而，晶
6、国军标gjb 762.1-89对半导体器件的辐射加固的试验进行了规范。然而，该方法主要针对的是mosfet型器件提出，其方法中的一些设置(如引脚短路)不适用于晶闸管的实验方案设计。该标准规定采用的辐照源为快中子反应堆、triga式反应堆、稳态反应堆或14mev中子发生器，不适用人工中子源环境下的加速寿命试验。该标准的待测器件在辐照期间是非偏压状态，主要研究的内容是辐照单一应力对器件的寿命的影响，难以反映实际工况下受电压偏置时晶闸管辐照损坏的情况。该标准要求同批次的实验器件不少于10个，对于高电压大电流分立器件晶闸管而言成本难以接受。
7、国标gb/t 4937.17-2018主要针对的是mosfet型器件提出，不适用于晶闸管的实验方案设计。该标准中对于判断器件退化的关键参数缺乏定义。该标准中定义的辐射源为脉冲反应堆，最终评估手段是对1mev的等效注量，其能谱和大气中子相差太大，不太符合面向大气中子辐照的加速等效性研究的应用场景。
8、综上，现有的失效试验主要集中于金属-氧化物半导体场效应晶体管mosfet，待测器件的数量要求较多导致成本过高，且待测器件在辐照期间是非偏压状态，难以反映实际工况下受电压偏置时晶闸管辐照失效的情况。
技术实现思路
1、本专利技术提供了一种晶闸管失效试验装置，解决了现有的失效试验中待测器件的数量要求较多导致成本过高，且待测器件在辐照期间是非偏压状态，难以反映实际工况下受电压偏置时晶闸管辐照损坏的情况的问题。
2、本专利技术提供一种晶闸管失效试验装置，包括：
3、电源，用于给样品晶闸管提供不同大小以及不同极性的直流偏置电压；
4、人工中子源，用于产生不同辐照剂量率的中子束流，并通过中子束流对样品晶闸管进行辐照，使样品晶闸管内部发生随机性的单粒子烧毁事件；
5、保护电阻，其一端与电源的输出端连接，另一端与样品晶闸管的一端连接，当样品晶闸管出现单粒子烧毁事件时，样品晶闸管内部形成导电通道，导致主回路电流上升，此时保护电阻用于限制主回路电流；
6、数据采集设备，与样品晶闸管电连接，用于对样品晶闸管上的偏置电压信号进行实时采集；
7、处理模块，用于在不同大小以及不同极性的直流偏置电压下，当样品晶闸管出现单粒子烧毁事件时，根据此时样品晶闸管上的偏置电压信号对单粒子烧毁事件的发生时间进行记录，并对单粒子烧毁事件的多个发生时间以及对应的偏置电压信号进行拟合处理，得到晶闸管失效率。
8、优选的，所述样品晶闸管设置在人工中子源的中子束流通道中。
9、优选的，所述数据采集设备包括电压探头和示波器。
10、优选的，所述样品晶闸管外侧设有热电偶，所述热电偶用于测量样品晶闸管的温度。
11、优选的，所述样品晶闸管为封装晶闸管。
12、优选的，所述样品晶闸管的另一端与测量电阻连接，所述测量电阻另一端接地；所述数据采集设备还用于采集测量电阻的电压信号，所述处理模块通过测量电阻的电压信号获取得到主回路中的电流信号，并根据该电流信号对单粒子烧毁事件的发生时间进行记录。
13、优选的，还包括夹具，通过所述夹具对所述样品晶闸管进行固定，所述夹具包括两个铝合金板、第一尼龙板和两个第二尼龙板；一个所述铝合金板的一侧与第一尼龙板的一侧固定连接，第一尼龙板另一侧的两端均垂直固定设有第二尼龙板，样品晶闸管固定设置在两个铝合金板之间。
14、优选的，其中一个所述第二尼龙板外侧固定设有轴流风机。
15、优选的，所述对单粒子烧毁事件的发生时间以及对应的偏置电压信号进行
16、拟合处理，得到晶闸管失效率，具体如下所示：
17、
18、式中，λ为失效率，vdc为偏置电压，参数a和b为常数，mtbf为平均无故障时间，ti为第i次单粒子烧毁事件发生的时间，ti-1为第i-1次单粒子烧毁事件发生的时间。
19、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
20、本专利技术提出了一种晶闸管失效试验装置，针对现有待测器件在辐照期间是非偏压状态不符合实际的要求，本专利技术中在主回路中设置电源，用于给样品晶闸管提供不同大小以及不同极性的直流偏置电压，满足样品晶闸管的实际工况。同时针对现有待测器件的数量要求较多导致成本过高的问题，本专利技术在主回路中设置保护电阻，当样品晶闸管出现单粒子烧毁事件导致主回路电流快速上升时，限制主回路的电流。可以实现样品晶闸管的多次复用，在保护待测器件的同时能够很好的测量器件seb事件发生的频度，大大减少了待测器件的数量，降低了试验成本。最后通过处理模块对不同大小以及不同极性的直流偏置电压下的单粒子烧毁事件的发生时间以及对应的偏置电压信号进行拟合处理，得到晶闸管失效率，真实反映实际工况下受电压偏置时晶闸管辐照失效的情况。
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1.一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)设置在人工中子源(4)的中子束流通道中。
3.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述数据采集设备(6)包括电压探头和示波器。
4.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)外侧设有热电偶(7)，所述热电偶(7)用于测量样品晶闸管(3)的温度。
5.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)为封装晶闸管。
6.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)的另一端与测量电阻(5)连接，所述测量电阻(5)另一端接地；所述数据采集设备(6)还用于采集测量电阻(5)的电压信号，所述处理模块通过测量电阻(5)的电压信号获取得到主回路中的电流信号，并根据该电流信号对单粒子烧毁事件的发生时间进行记录。
7.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，还包括夹具，通过所述夹具对所述
8.如权利要求7所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，其中一个所述第二尼龙板(11)外侧固定设有轴流风机(12)。
9.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述对单粒子烧毁事件的发生时间以及对应的偏置电压信号进行拟合处理，得到晶闸管失效率，具体如下所示：
...【技术特征摘要】
1.一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)设置在人工中子源(4)的中子束流通道中。
3.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述数据采集设备(6)包括电压探头和示波器。
4.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)外侧设有热电偶(7)，所述热电偶(7)用于测量样品晶闸管(3)的温度。
5.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)为封装晶闸管。
6.如权利要求1所述的一种晶闸管失效试验装置，其特征在于，所述样品晶闸管(3)的另一端与测量电阻(5)连接，所述测量电阻(5)另一端接地；所述数据采集设备(6)还用于采集测量电阻(5)的电压信号，所述处理模块通过...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠，路敬宇，殷子强，祝琳，杨为，朱太云，赵明敏，胡志良，丁卫东，
申请(专利权)人：国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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