本發(fā)明涉及電力電子領(lǐng)域，具體講涉及一種用于IGBT浪涌電流的檢測(cè)電路及其檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

柔性直流輸電技術(shù)具有高度可控、靈活高效的特點(diǎn)，在大規(guī)模分布式可再生能源接入、海洋群島供電、海上風(fēng)電場(chǎng)群集中送出、新型城市電網(wǎng)構(gòu)建等方面，具有顯著優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)電網(wǎng)發(fā)展的重要方向。

在柔性直流輸電技術(shù)中，直流斷路器是保證直流電網(wǎng)安全運(yùn)行的核心設(shè)備，其可靠性直接決定了電網(wǎng)系統(tǒng)的可靠性，而壓接型IGBT器件作為直流斷路器中的核心器件，其性能和可靠性直接決定了直流斷路器的分?jǐn)嗄芰σ约肮ぷ鞯目煽啃?。直流斷路器中IGBT器件的應(yīng)用工況不同于其他設(shè)備如柔直換流閥中IGBT的應(yīng)用工況。直流斷路器主要關(guān)注的是IGBT器件在短時(shí)間內(nèi)，耐受超過(guò)額定電流數(shù)倍的浪涌電流及分?jǐn)噙@種浪涌電流的能力。

被測(cè)IGBT需要在零電壓的情況下進(jìn)行開(kāi)通，開(kāi)通后電流近似垂直上升到額定電流，隨后電流以一個(gè)緩慢的斜率上升到數(shù)倍額定電流后關(guān)斷，IGBT器件關(guān)斷時(shí)候電流迅速下降，同時(shí)被測(cè)器件兩端電壓緩慢上升到額定高電壓。

在如圖1所示的被測(cè)IGBT器件波形中，T1為輔助器件開(kāi)通時(shí)間；T2為被測(cè)器件開(kāi)通電流上升時(shí)間，電流緩慢上升峰值為被測(cè)器件數(shù)倍額定電流；T3為電流關(guān)斷時(shí)間，器件關(guān)斷的同時(shí)電壓開(kāi)始上升，電壓上升時(shí)間遠(yuǎn)大于電流關(guān)斷時(shí)間，電壓上升到器件連續(xù)運(yùn)行情況下的最大允許關(guān)斷電壓。

為了檢測(cè)IGBT器件是否滿(mǎn)足直流斷路器所需的能力，需要設(shè)計(jì)一種檢測(cè)回路，但這種特殊的檢測(cè)回路在目前尚無(wú)明確的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，常規(guī)IGBT器件的檢測(cè)回路和設(shè)備無(wú)法針對(duì)性地檢驗(yàn)IGBT器件對(duì)這種大浪涌電流的耐受能力和關(guān)斷能力，因此也就無(wú)法檢驗(yàn)該IGBT器件是否適用于直流斷路器。

因此，需要提供一種檢測(cè)電路來(lái)滿(mǎn)足現(xiàn)有技術(shù)的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供本申請(qǐng)介紹一種用于IGBT浪涌電流的檢測(cè)電路及其方法。

檢測(cè)電路，包括：充電回路和放電回路；

充電回路包括：串聯(lián)的高壓充電單元、充電開(kāi)關(guān)和儲(chǔ)能電容；放電回路包括：串聯(lián)的輔助IGBT、負(fù)載電感和放電開(kāi)關(guān)；

其中，充電開(kāi)關(guān)和放電開(kāi)關(guān)相連，高壓充電單元設(shè)有分別與儲(chǔ)能電容和與輔助IGBT相連的接口。

輔助IGBT與避雷器支路、二極管與吸收電容組成的串聯(lián)支路并聯(lián)。吸收電容兩端并聯(lián)有電阻。負(fù)載電感與續(xù)流二極管并聯(lián)。

高壓充電單元的正負(fù)極分別與充電開(kāi)關(guān)的一端和與儲(chǔ)能電容的一端連接；儲(chǔ)能電容的另一端與充電開(kāi)關(guān)的另一端連接。

放電開(kāi)關(guān)的一端與充電開(kāi)關(guān)連接，另一端分別與負(fù)載電感的正極和續(xù)流二極管的負(fù)極連接；續(xù)流二極管的陽(yáng)極和負(fù)載電感的負(fù)極分別與輔助IGBT的集電極、二極管的正極及避雷器連接；二極管的負(fù)極分別與吸收電容的正極和電阻的另一端連接。

輔助IGBT的柵極連接控制信號(hào)。輔助IGBT的兩端并聯(lián)被測(cè)IGBT。

上述檢測(cè)電路的檢測(cè)方法，包括如下步驟：

A.在檢測(cè)電路處于斷開(kāi)狀態(tài)時(shí)，被測(cè)IGBT和放電回路中輔助IGBT的柵極接負(fù)電平；

B.在高壓充電單元取電后，閉合充電開(kāi)關(guān)，儲(chǔ)能電容充電；

C.當(dāng)儲(chǔ)能電容的電壓達(dá)到母線(xiàn)電壓后，斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)，閉合放電開(kāi)關(guān)。

步驟C包括：輔助IGBT的柵極接正電平導(dǎo)通后，輔助IGBT的發(fā)射極電流緩慢上升，到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)刻t2后，關(guān)斷輔助IGBT的同時(shí)被測(cè)IGBT的柵極接正電平；

當(dāng)被測(cè)IGBT的發(fā)射極電流快速上升至t3時(shí)刻時(shí)，輔助IGBT的柵極電壓變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，被測(cè)IGBT的發(fā)射極電流緩慢上升至t4時(shí)刻時(shí)，關(guān)斷被測(cè)IGBT；

當(dāng)被測(cè)IGBT的發(fā)射極電流下降至零時(shí)，完成檢測(cè)。

與最接近的現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明提供的技術(shù)方案具有以下有益效果：

1、本發(fā)明通過(guò)使用放電回路中的輔助IGBT，實(shí)現(xiàn)被測(cè)IGBT的零電壓開(kāi)通，且關(guān)斷后被測(cè)IGBT兩端產(chǎn)生高電壓。

2、本發(fā)明在被測(cè)IGBT兩端并聯(lián)RCD緩沖回路，可以獲取被測(cè)IGBT兩端電壓的緩慢上升和電流迅速下降的檢測(cè)效果。

3、本發(fā)明通過(guò)輔助IGBT和被測(cè)IGBT的時(shí)序控制，實(shí)現(xiàn)電流迅速換流到被測(cè)器件后，滿(mǎn)足可以按設(shè)定斜率上升的檢測(cè)需求。

4、本發(fā)明采用設(shè)置輔助IGBT和時(shí)序控制切換的方法，實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)被測(cè)IGBT耐受能力及分?jǐn)嗬擞侩娏鞯哪芰?，為?yàn)證IGBT是否滿(mǎn)足直流斷路器這一特殊工況提供了一種切實(shí)可行的模擬方法。

附圖說(shuō)明

圖1為被測(cè)IGBT器件的電壓電流波形示意圖；

圖2為本發(fā)明的檢測(cè)電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明的檢測(cè)電路的控制信號(hào)及其電壓電流波形示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖2所示，本發(fā)明檢測(cè)電路結(jié)構(gòu)組成部分有充電回路和放電回路，其中充電回路包括：高壓充電單元U、儲(chǔ)能電容C和充電開(kāi)關(guān)S1，放電回路包括：放電開(kāi)關(guān)S2、負(fù)載電感L、續(xù)流二極管D、輔助IGBT、吸收回路(二極管D1、吸收電容C1、緩沖電阻R、避雷器MOV)。

檢測(cè)電路與被測(cè)IGBT的連接方式為：高壓充電單元U正極連接充電開(kāi)關(guān)S1的a端，充電開(kāi)關(guān)S1的b端連接放電開(kāi)關(guān)S2的a端和儲(chǔ)能電容的正極板，放電開(kāi)關(guān)S2的b端連接負(fù)載電感L的正極和續(xù)流二極管D的陰極，續(xù)流二極管D的陽(yáng)極和負(fù)載電感L負(fù)極連接被測(cè)IGBT的集電極、輔助IGBT的集電極、二極管D1陽(yáng)極和避雷器MOV的a端，二極管D1陰極連接吸收電容C1的正極板和電阻R的a端，被測(cè)IGBT的發(fā)射極、輔助IGBT的發(fā)射極、吸收電容C1的負(fù)極板、電阻R的b端和避雷器MOV的b端連接儲(chǔ)能電容C和高壓充電單元U的負(fù)極，被測(cè)IGBT和輔助IGBT柵極接控制信號(hào)。

該檢測(cè)電路控制時(shí)序?yàn)椋涸囼?yàn)開(kāi)始前，開(kāi)關(guān)S1和S2均斷開(kāi)，被測(cè)IGBT和輔助IGBT柵極加負(fù)電平，器件關(guān)斷。高壓充電單元U從380V交流電網(wǎng)取電后，閉合充電開(kāi)關(guān)S1給儲(chǔ)能電容C充電，電容兩端達(dá)到母線(xiàn)電壓后，斷開(kāi)充電開(kāi)關(guān)S1，閉合放電開(kāi)關(guān)S2，準(zhǔn)備開(kāi)始試驗(yàn)。

如圖3所示，在t1時(shí)刻，給輔助IGBT柵極加正電平，控制輔助IGBT導(dǎo)通；在t2時(shí)刻，給被測(cè)IGBT柵極加正電平，控制被測(cè)IGBT導(dǎo)通；在t3時(shí)刻，給輔助IGBT柵極加負(fù)電平，控制輔助IGBT關(guān)斷；在t4時(shí)刻，給被測(cè)IGBT柵極加負(fù)電平，控制被測(cè)IGBT關(guān)斷；在被測(cè)IGBT關(guān)斷后，待器件電流下降至零，電壓上升至穩(wěn)定值后，檢測(cè)完成。

高壓電充電單元給電容充電，實(shí)驗(yàn)時(shí)由電容供電；因電流較大，電流分?jǐn)嗨查g會(huì)產(chǎn)生較大的電壓過(guò)沖，需嚴(yán)格控制回路雜散電感，并通過(guò)并聯(lián)吸收回路和避雷器抑制電壓過(guò)沖保護(hù)器件，且避雷器也起到了鉗位電壓的作用。同時(shí)根據(jù)實(shí)際波形需求，在主回路中需加入一個(gè)電感L使器件開(kāi)啟后電流緩慢上升。

被測(cè)器件續(xù)并聯(lián)一個(gè)輔助IGBT，輔助IGBT首先導(dǎo)通，電流上升到一定值后關(guān)閉，同時(shí)控制門(mén)極信號(hào)開(kāi)啟被測(cè)IGBT，使被測(cè)IGBT的回路電流快速上升到一定值，在緩慢上升到數(shù)倍額定電流值后關(guān)斷。通過(guò)換流使器件開(kāi)通瞬間達(dá)到一個(gè)電流值I_C1，然后電流開(kāi)始緩慢上升，到達(dá)預(yù)設(shè)時(shí)間后，關(guān)斷器件電流迅速下降，同時(shí)電壓開(kāi)始緩慢上升近似于軟關(guān)斷。

最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其限制，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員參照上述實(shí)施例依然可以對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行修改或者等同替換，這些未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，均在申請(qǐng)待批的本發(fā)明的權(quán)利要求保護(hù)范圍之內(nèi)。