一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置制造方法

一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置制造方法
【專利摘要】本發明提出了一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，包括：電流傳感器套設于晶閘管組件的阻容吸收回路中；預處理電路，輸入端通過第一雙芯屏蔽雙絞線纜與電流傳感器相連；恒流源轉換電路，輸入端與預處理電路的輸出端相連；采樣電阻；整形與比較電路，輸入端與采樣電阻的兩端相連；數據采集器，輸入端與采樣電阻的兩端相連；電光轉換電路，輸入端與整形與比較電路的輸出端相連；光電轉換電路，輸入端通過光纜與電光轉換電路的輸出端相連；控制模塊，與光電轉換電路的輸出端相連。本發明能夠快速、可靠和安全監測脈沖功率開關組件的工作狀態，既能遠距離傳輸狀態信號，還能適應強電磁環境場合。
【專利說明】一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子電力【技術領域】，特別涉及一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置。
【背景技術】
[0002]目前電力電子技術已經發展到了很高的水平，高壓大功率電力電子器件，例如 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,絕緣柵雙極晶體管)、功率 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金屬-氧化層半導體場效晶體管)、GT0 (Gate Turn-Off Thyristor，門極可關斷晶閘管)、晶閘管SCR (可控硅整流器)、IGCT (Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成門極換流晶閘管)、MAGT (M0S 門極控制-晶閘管)以及IEGT (Injection Enhanced Gate Transistor,電子注入增強門極晶體管)均已研制成功并大量工程化使用，進一步促進了脈沖功率技術的發展。鑒于晶閘管器件具有電壓高、電流大和可靠性高等優點，其是唯一能夠與不控型器件相媲美的元件。目前它已被當作脈沖功率開關，廣泛應用于高能武器、電磁發射裝置、模擬核爆炸開關裝置等新概念武器和新高科技實驗裝置中。
[0003]利用兩個相同晶閘管背靠背壓裝而充當脈沖功率開關組件(以下簡稱晶閘管組件)，由于運行現場與控制中心相距較遠，一般超過數百米。因此，這種特殊運行環境對通斷狀態檢測的傳感頭及其后續處理器要求極為苛刻，包括以下兩個方面:
[0004](I)由于晶閘管組件工作時電壓高達數千伏特，要求檢測晶閘管組件通斷狀態的傳感頭的絕緣性能必須高達數十千伏特；
[0005](2)由于晶閘管組件工作時電流高達數十千安培，要求檢測晶閘管組件通斷狀態的及其后續處理器必須具有良好的抗強電磁干擾的能力。
[0006]研究表明，使晶閘管開關及其組件導通的條件是晶閘管承受正向陽極(A)電壓，并在門極(G)施加觸發脈沖電流，即陽極與陰極(K)之間電壓UAK>0且門極與陰極之間電壓UGK>0。大量工程實踐表明，利用晶閘管充當脈沖功率開關組件時，由于驅動回路故障引起晶閘管組件沒有導通的開路故障，或者由于長時間通強電流而過熱擊穿引起晶閘管組件直通的短路故障，除此之外，還有少部分是由于過壓擊穿而導致晶閘管組件直通的短路故障。這兩種故障都將直接影響脈沖功率開關組件運行的可靠性與安全性。因此，實時、準確和快速監測切換開關組件通斷運行狀態，對確保它能夠安全、可靠和健康運行至關重要。

【發明內容】

[0007]本發明的目的旨在至少解決所述技術缺陷之一。
[0008]為此，本發明的目的在于提出一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，該裝置能夠快速、可靠和安全監測脈沖功率開關組件的工作狀態，既能遠距離傳輸狀態信號，還能適應強電磁環境場合。
[0009]為了實現上述目的，本發明的實施例提供一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，包括:電流傳感器，所述電流傳感器套設于晶閘管組件的阻容吸收回路中，所述電流傳感器的二次接線端子分別連接至終端電阻的兩端；預處理電路，所述預處理電路的輸入端通過第一雙芯屏蔽雙絞線纜與所述電流傳感器的二次接線端子相連，所述預處理電路用于接收所述終端電阻的端電壓信號并對所述端電壓信號進行預處理，其中，所述終端電阻的端電壓信號用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態；恒流源轉換電路，所述恒流源轉換電路的輸入端與所述預處理電路的輸出端相連，并且所述恒流源轉換電路的輸出端與第二雙芯屏蔽絞線線纜的輸入端相連，所述恒流源轉換電路用于接收用于表示晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的終端電阻的端電壓信號，并將所述端電壓信號轉換為電流信號，以及將所述電流信號傳輸至所述第二雙芯屏蔽絞線線纜；采樣電阻，所述采樣電阻的兩端分別與所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端相連，用于接收所述第二雙芯屏蔽絞線的電流信號，并在所述采樣電阻的兩端生成端電壓信號；整形與比較電路，所述整形與比較電路的輸入端與所述采樣電阻的兩端相連，用于接收所述采樣電阻的端電壓信號，并根據所述采樣電阻的端電壓信號獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號；數據采集器，所述數據采集器的輸入端與所述采樣電阻的兩端相連，用于接收所述采樣電阻的端電壓信號以實時采集得到晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量；電光轉換電路，所述電光轉換電路的輸入端與所述整形與比較電路的輸出端相連，用于將來自所述整形與比較電路的電平信號轉換為光脈沖信號；光電轉換電路，所述光電轉換電路的輸入端通過光纜與所述電光轉換電路的輸出端相連，用于將所述光脈沖信號變換處理得到用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號；控制模塊，所述控制模塊與所述光電轉換電路的輸出端相連，用于根據接收到的用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號檢測晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態。
[0010]在本發明的一個實施例中，所述電流傳感器為高壓絕緣型電流傳感器，其中，所述電流傳感器包括:電流傳感器線圈；屏蔽外套，位于所述電流傳感器線圈的外層，所述電流傳感器的進線端子和出線端子通過所述第一雙芯屏蔽雙絞線引出；絕緣外套，所述絕緣外套位于所述屏蔽外套的外層，且所述絕緣外套內灌有密封膠。
[0011]在本發明的又一個實施例中，所述預處理電路包括:儀用運算放大器，所述儀用運算放大器的第一管腳和第八管腳之間并聯有第一電阻，第二管腳與第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端與所述終端電阻的一端相連，第三管腳與第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端與所述終端電阻的另一端相連，第四管腳接負電源，第五管腳接地，第六管腳與第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另一端接輸出端口，第七管腳接正電源。
[0012]在本發明的再一個實施例中，所述恒流源轉換電路包括:第一運算放大器，所述第一運算放大器的正極輸入端與第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端與所述預處理電路的輸出端口相連，所述第一運算放大器的負極輸入端與第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端與所述預處理電路的輸出端口相連；跟隨器，所述跟隨器的輸入端與所述第一運算放大器的輸出端相連；第二運算放大器，所述第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與所述跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至所述第一運算放大器的正極輸入端，所述第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接所述第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接所述采樣電阻。[0013]在本發明的一個實施例中，所述恒流源轉換電路包括:差分運放芯片，所述差分運放芯片的第二和第三管腳與所述預處理電路的輸出端口相連；跟隨器，所述跟隨器的輸入端與所述差分運放芯片的輸出端相連；第二運算放大器，第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與所述跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至所述差分運放芯片的第一管腳，所述第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接所述第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接所述采樣電阻。
[0014]在本發明的又一個實施例中，所述整形與比較電路包括:二極管，所述二極管陽極通過電阻與所述采樣電阻的一端相連，陰極與電解電容正極相連，所述電解電容的負極接地，所述電解電容與第二電容并聯；第一比較器，所述第一比較器的正極輸入端通過電阻與所述電解電容的正極輸入端相連，所述第一比較器的正極輸入端進一步通過電阻與第一比較器的輸出端相連；第二比較器，所述第二比較器負極輸入端通過電阻與所述電解電容的正極端相連，所述第二比較器的正極輸入端通過電阻與所述第二比較器的輸出端相連，第一比較器和第二比較器的輸出端相連接，輸出表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的聞低電平/[目號。
[0015]在本發明的再一個實施例中，所述電光轉換電路包括:與門驅動電路，所述與門驅動電路的第一管腳接表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，第二管腳和第一管腳短接；發送光纖頭，所述發送光纖頭與所述與門驅動電路的第三管腳相連，將高低電平信號轉換為光信號，并通過光纜發送至所述光電轉換電路。
[0016]在本發明的一個實施例中，所述光電轉換電路包括:接收光纖頭，所述接收光纖頭與所述光纜相連，用于接收光信號，并將所述光信號轉換為對應的表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號。
[0017]在本發明的又一個實施例中，所述光纜為單芯單模光纖或單芯多模光纖。
[0018]根據本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，電流傳感頭采用絕緣型結構，將電流傳感頭埋植在具有高壓絕緣能力的護套中，利用恒流源傳輸表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號，可方便地檢測出晶閘管組件運行的開路故障或者短路故障的電壓信號，并將該電壓信號轉換為電流信號，可用于遠距離傳輸，還可以經由光纜將狀態信息實時上傳給相關上位機或者相關控制器，為參與封鎖晶閘管組件驅動脈沖等重要操作提供控制指令，解決了工作于強電磁環境下晶閘管脈沖功率開關組件的遠距離狀態檢測的技術難題，確保脈沖功率開關組件能夠健康、安全、可靠運行。
[0019]本發明附加的方面和優點將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過本發明的實踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0021]圖1為根據本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置的結構不意圖；
[0022]圖2為根據本發明實施例的電流傳感器的高壓絕緣型結構示意圖；[0023]圖3為根據本發明實施例的預處理電路的原理圖；
[0024]圖4為根據本發明一個實施例的恒流源轉換電路的原理圖；
[0025]圖5為根據本發明另一個實施例的恒流源轉換電路的原理圖；
[0026]圖6為根據本發明實施例的整形與比較電路的原理圖；
[0027]圖7為根據本發明實施例的電光轉換電路的原理圖；
[0028]圖8為根據本發明實施例的光電轉換電路的原理圖。
【具體實施方式】
[0029]下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0030]在本發明中，除非另有明確的規定和限定，術語“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術語應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對于本領域的普通技術人員而言，可以根據具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
[0031]圖1為根據本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置的結構示意圖。
[0032]如圖1所示，本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，包括:電流傳感器2、第一雙芯屏蔽雙絞線纜3、預處理電路4、恒流源轉換電路5、第二雙芯屏蔽雙絞線纜6、整形與比較電路7、數據采集器12、電光轉換電路8、光纜9、光電轉換電路10以及控制模塊11。本發明可以快速、可靠監測脈沖功率開關組件的通斷狀態，確保它在每一次運行時，能夠健康、安全和可靠工作。
[0033]下面首先對獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置的整個電路結構和工作流程進行描述。
[0034]具體來說，電流傳感器2套設于套在由兩個背靠背的晶閘管Tl和T2組成的晶閘管組件的阻容(即RC)吸收回路中，后續處理電路置于電流傳感器的次級低壓端，通過電流傳感器2將其與后續處理電路進行電氣隔離。電流傳感器2的二次接線端子兩端經由接口P1和P2分別接終端電阻Rt兩端，并經由第一雙芯屏蔽雙絞線纜3與預處理電路4的輸入端P3和P4相連，預處理電路4的輸出端與恒流源轉換電路5的輸入端P5和P6相連，恒流源轉換電路5的輸出端與第二雙芯屏蔽雙絞線纜6的輸入端P7和P8相連，第二雙芯屏蔽雙絞線纜6的輸出端P9和Pltl分別連接采樣電阻&的兩端，采樣電阻&的端電壓\被分為兩個傳輸路徑，其中一路與數據采集器12相連，另外一路和整形與比較電路7的輸入端相連，整形與比較電路7的輸出端與電光轉換電路8的輸入端P11和P12相連，電光轉換電路8的輸出端經由光纜9與光電轉換電路10相連,光電轉換電路10的輸出端與上位機或者相關控制器11的輸入端P13和P14相連。
[0035]圖2為根據本發明實施例的電流傳感器的高壓絕緣型結構示意圖。
[0036]在本發明的一個實施例中，電流傳感器可以為高壓絕緣型電流傳感器。如圖2所示，電流傳感器包括:電流傳感器線圈21、屏蔽外套22和絕緣外套23。其中，屏蔽外套22位于電流傳感器線圈21的外層，電流傳感器2的進線端子P1和出線端子P2通過第一雙芯屏蔽雙絞線3引出。將上述結構至于絕緣外套23內，絕緣外套23位于屏蔽外套22的外層，且絕緣外套23內灌有密封膠，便于固化上述結構，增強整個傳感頭的絕緣能力。在本發明的一個示例中，電流傳感器線圈21可以為羅氏線圈。
[0037]圖3為根據本發明實施例的預處理電路的原理圖。
[0038]預處理電路4的輸入端通過第一雙芯屏蔽雙絞線纜3與電流傳感器2的二次接線端子相連，用于接收終端電阻Rt的端電壓信號并對端電壓信號進行預處理。其中，終端電阻Rt的端電壓信號用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態。
[0039]預處理電路4包括儀用運算放大器，其中儀用運算放大器的第一管腳和第八管腳之間并聯有第一電阻，第二管腳與第二電阻的一端相連，第二電阻的另一端與終端電阻的一端相連，第三管腳與第三電阻的一端相連，第三電阻的另一端與終端電阻的另一端相連，第四管腳接負電源，第五管腳接地，第六管腳與第四電阻的一端相連，第四電阻的另一端接輸出端口，第七管腳接正電源。在本發明的一個示例中，儀用運算放大器AP1的型號可以為AD620。
[0040]如圖3所示，預處理電路4的接線端子P3和P4,分別連接終端電阻RT，終端電阻Rt的一端接第三電阻R41的一端，第三電阻R41的另一端接儀用運算放大器AP1的第三管腳A3腳，終端電阻Rt的另一端接第二電阻R42的一端，第二電阻R42的另一端接儀用運算放大器AP1的第二管腳^腳，第一電阻R43并接在儀用運算放大器AP1的第一管腳A1腳和第八管腳A8腳之間，儀用運算放大器AP1的第七管腳A7腳接正電源+Vio，儀用運算放大器AP1的第四管腳A4腳接負電源-Vio，儀用運算放大器AP1的第五管腳A5腳接地線GNDl，儀用運算放大器AP1的輸出腳第六管腳A6接第四電阻R44的一端，電容C41的一端接儀用運算放大器AP1的第三管腳A3腳，電容C41的另一端接地線GNDl，電容C43的一端接地線GNDl，電容C43的另一端接正電源+VDa，電容C42的一端接儀用運算放大器AP1的第二管腳A2腳，電容C42的另一端接地線GND1，電容C44的一端接地線GND1，電容C44的另一端接負電源-Vio，第四電阻R44的一端接儀用運算放大器放AP1的輸出腳第六管腳A6，第四電阻R44的另一端接輸出端口 P5,電容C45的一端接輸出端口 P5,電容C45的另一端接輸出端口 P6，輸出端口 P6接地線GNDl。
[0041]恒流源轉換電路5的輸入端與預處理電路4的輸出端相連，并且恒流源轉換電路5的輸出端與第二雙芯屏蔽絞線線纜6的輸入端相連。恒流源轉換電路5用于接收表示晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的終端電阻Rt的端電壓信號，并將端電壓信號轉換為電流信號，以及將電流信號傳輸至第二雙芯屏蔽絞線線纜6。
[0042]本發明的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置中的恒流源轉換電路5可以采用運算放大器或差分運放芯片。下面分別參考圖4或圖5對上述兩種形式的恒流源轉換電路5進行描述。
[0043]圖4為根據本發明一個實施例的恒流源轉換電路的原理圖。
[0044]恒流源轉換電路包括:第一運算放大器、跟隨器和第二運算放大器。其中，第一運算放大器的正極輸入端與第五電阻的一端相連，第五電阻的另一端與預處理電路的輸出端口相連，第一運算放大器的負極輸入端與第六電阻的一端相連，第六電阻的另一端與預處理電路的輸出端口相連 。跟隨器的輸入端與第一運算放大器的輸出端相連。第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至第一運算放大器的正極輸入端，第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接采樣電阻。
[0045]如圖4所示，恒流源轉換電路5的接線端子P5接第六電阻R51的一端，第六電阻R51的另一端接第一運算放大器AP2的負極輸入端^腳，恒流源轉換電路5的接線端子P6接第五電阻R52的一端，第五電阻R52的另一端接第一運算放大器AP2的正極輸入端A3腳，電阻R53并接在第一運算放大器AP2的弋腳和A6腳之間，第一運算放大器AP2的~腳接負電源-VDa，第一運算放大器AP2的A7腳接正電源+VDa，電阻R54的一端接第一運算放大器AP2的A3腳，電阻R54的另一端接第二運算放大器AP4的輸出腳C6,電容C51的一端接負電源_VDa，電容C51的另一端接地線GND1，電容C52的一端接正電源+VDa，電容C52的另一端接地線GND1。跟隨器AP3的輸入腳B2接第一運算放大器AP2的輸出腳A6,跟隨器AP3的B5腳接正電源+VDC1。跟隨器AP3的B3腳接負電源-Vdci，跟隨器AP3的輸出腳B4接電阻Re的一端，電阻Re的另一端接第二運算放大器AP4的C3腳，第二運算放大器AP4的C2腳與C6腳短接，第二運算放大器AP4的C4腳接負電源_VDa，第二運算放大器AP4的C7腳接正電源+Vio。第一電容C53并接在恒流源轉換電路5的輸出接線端子？7和匕之間，且接線端子P8接地線GND1。恒流源轉換電路5的輸出接線端子P7和P8經由第二雙芯屏蔽雙絞線纜6，分別與接線端子P9和P10相連，采樣電阻&并接在接線端子P9和Pltl之間，經由恒流源轉換電路5獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電流信號It，該電流信號It流過采樣電阻，從而獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號VL (VL=ITXRL)0其中，該信號被分為兩個傳輸路徑，其中一路傳輸到數據采集器12，由數據采集器12實時采集得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量，另外一路傳輸到整形與比較電路7中繼續處理得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，即開關量信號。
[0046]在本發明的一個實施例中，恒流源轉換電路5還可以采用差分運放芯片。例如型號為INA105的差分運放芯片。
[0047]圖5為根據本發明另一個實施例的恒流源轉換電路5的原理圖。
[0048]恒流源轉換電路5包括:差分運放芯片、跟隨器和第二運算放大器。其中，差分運放芯片的第二和第三管腳與預處理電路4的輸出端口相連。跟隨器的輸入端與差分運放芯片的輸出端相連。第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至差分運放芯片的第一管腳，第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接所述第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接采樣電阻。采樣電阻的兩端分別與第二雙芯屏蔽絞線6的輸出端相連，用于接收第二雙芯屏蔽絞線6的電流信號，并在采樣電阻6的兩端生成端電壓信號。
[0049]如圖5所示，恒流源轉換電路5的接線端子P5接差分運放芯片AP2的第二管腳A2腳，恒流源轉換電路5的接線端子P6接差分運放芯片AP2的第三管腳A3腳，差分運放芯片AP2的第五管腳A5腳與第六管腳A6腳短接，差分運放芯片AP2的第四管腳A4腳接負電源-VDa，差分運放芯片AP2的第七管腳A7腳接正電源+Vio。差分運放芯片AP2的A1腳接第二運算放大器AP4的輸出腳C6,電容C51的一端接負電源-VDa，電容C51的另一端接地線GND1，跟隨器AP3的輸入腳B2接差分 運放芯片AP2的輸出腳A6,跟隨器AP3的B5腳接正電源+VDC1，跟隨器AP3的B3腳接負電源-Vdci，跟隨器AP3的輸出腳B4接電阻Re的一端，電阻Re的另一端接運放AP4的C3腳，第二運算放大器AP4的C2腳與C6腳短接，第二運算放大器AP4的C4腳接負電源-VDa，第二運算放大器AP4的C7腳接正電源+VDa。第一電容C53并接在恒流源轉換電路5的輸出接線端子P7和P8之間，且接線端子P8接地線GNDl，恒流源轉換電路5的輸出接線端子P7和P8經由第二雙芯屏蔽雙絞線纜6，分別與接線端子P9和Pltl相連。采樣電阻&并接在接線端子P9和Pltl之間，經由恒流源轉換電路5獲得反表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電流信號Ιτ，電流信號It流過采樣電阻，從而獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號\ ('=ItXRJ,該信號被分為兩個傳輸路徑，其中一路傳輸到數據采集器12，由數據采集器12實時采集得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量，另外一路傳輸到整形與比較電路7中繼續處理得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，即開關量信號。
[0050]在本發明的一個示例中，第一和第二運算放大器可以選用單路運算放大器或者雙路運算放大器，例如，型號為0Ρ07的單路運算放大器,或者型號為0Ρ284的雙路運算放大器。
[0051]在本發明的又一個示例中，跟隨器AP3:當電流較小(如不超過250mA)時可以選用BUF634，當電流較大(如超過1A)時可以選用功率運算放大器PA01。
[0052]圖6為根據本發明實施例的整形與比較電路的原理圖。
[0053]整形與比較電路7的輸入端與采樣電阻的兩端相連，用于接收采樣電阻&的端電壓信號\，并根據采樣電阻&的端電壓信號獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的聞低電平/[目號。
[0054]整形與比較電路包括:二極管、第一比較器和第二比較器。其中，二極管陽極通過電阻與采樣電阻的一端相連，陰極與電解電容正極相連，電解電容的負極接地，電解電容與第二電容并聯。第一比較器的正極輸入端通過電阻與電解電容的正極輸入端相連，第一比較器的正極輸入端進一步通過電阻與第一比較器的輸出端相連。第二比較器的負極輸入端通過電阻與電解電容的正極端相連，第二比較器的正極輸入端通過電阻與第二比較器的輸出端相連，第一比較器和第二比較器的輸出端相連接，輸出表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號。
[0055]如圖6所示，整形與比較電路7的接線端子P9和Pltl經由第二雙芯屏蔽雙絞線纜6，分別與恒流源轉換電路5的輸出接線端子P7和P8相連，采樣電阻&并接在接線端子P9和Pltl之間，接線端子Pltl與地線GNDl相連，接線端子P9與電阻R71的一端相連，電阻R71的另一端與二極管D71的陽極相連，二極管D71的陰極與電阻R72的一端相連，電阻R72的另一端與電解電容C72的正極相連，電解電容C72的正極與第二電容C71的一端短接，電解電容C72的負極與第二電容C71的另一端短接且與地線GNDl相連，電阻R74的一端接電解電容C72的正極，電阻R74的另一端接第一比較器AP5的正極輸入端A3腳，電阻R75的一端接電解電容C72的正極，電阻R75的另一端接第二比較器AP6的負極輸入端A6腳，電阻R76的一端接地線GNDl,電阻R76的另一端接第一比較器AP6的A5腳，電阻R77的一端接第二比較器AP6的正極輸入端A5腳，電阻R77的另一端接第二比較器AP6的輸出端A7腳，電阻R78的一端接第一比較器AP5的正極輸入端A3腳，電阻R78的另一端接第一比較器AP5的輸出端A1腳，電阻R79的一端接第一比較器AP5的輸出端A1腳，電阻R79的另一端接正電源+Vdci,第一比較器AP5的A8腳接正電源+Vdci，第二比較器AP6的A4腳接負電源-Vio，第一比較器AP5的輸出端A1腳與輸出接線端子P11相連，第二比較器AP6的輸出端A7腳與輸出接線端子P12相連，經由整形與比較電路7，獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號VZT1。
[0056]在本發明的一個實例中國，第一和第二比較器可以選用單路比較器或者雙路比較器，例如型號為LM331的單路比較器或者型號為LM393的雙路比較器。
[0057]數據采集器12的輸入端與采樣電阻&的兩端相連，用于接收采樣電阻&的端電壓信號以實時采集得到晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量。
[0058]在本發明的一個實施例中，數據采集器12可以采用DATAQ儀表生產的商用采集電路卡D1-710系列產品，它具有獨立的16個數據采集通道，也可采用高檔單片機或者DSP芯片構建采集卡。在此，恕本專利不再贅述。
[0059]圖7為根據本發明實施例的電光轉換電路的原理圖。
[0060]電光轉換電路8的輸入端與整形與比較電路7的輸出端相連，用于將來自整形與比較電路7的電平信號轉換為光脈沖信號。
[0061 ] 電光轉換電路包括:與門驅動電路和發送光纖頭，其中，與門驅動電路的第一管腳接表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，第二管腳和第一管腳短接。發送光纖頭與與門驅動電路的第三管腳相連，將高低電平信號轉換為光信號，并通過光纜發送至光電轉換電路10。在本發明的一個實施例中，光纜為單芯單模光纖或單芯多模光纖。
[0062]如圖7所示，電光轉換電路8的接線端子P11接與門驅動電路AP7的B1腳，電光轉換電路8的接線端子P12接與門驅動電路AP7的B4腳，與門驅動電路AP7的第一管腳B1腳與第二管腳B2腳短接，與門驅動電路AP7的B4腳接地線GNDl，與門驅動電路AP7的B8腳接正電源+Vdc2，與門驅動電路AP7的B6腳與B7腳短接且與地線GNDl相連，與門驅動電路AP7的第三管腳B3腳接發送光纖頭OP1的A6腳，發送光纖頭OP1的A6腳分別與A2腳和A7腳短接，電容C82的一端接發送光纖頭OP1的A7腳，電容C82的另一端接地線GNDl，電容C81的一端接正電源+VDC2，電容C81的另一端接地線GND1，電阻R81的一端接發送光纖頭OP1的A2腳，電阻R81的另一端接正電源+VDC2，因此，經由電光轉換電路8，將表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號Vm轉換為光信號，經由光纜9傳輸至光電轉換電路10。
[0063]在本發明的一個不例中，與門驅動電路的型號為SN75451,發送光纖頭的型號為HFBR-1412T。
[0064]圖8為根據本發明實施例的光電轉換電路的原理圖。
[0065]光電轉換電路10的輸入端通過光纜9與電光轉換電路8的輸出端相連,用于將光脈沖信號變換處理得到用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號。
[0066]光電轉換電路包括:接收光纖頭，其中接收光纖頭與光纜9相連，用于接收光信號，并將該光信號轉換為對應的表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號。
[0067]如圖8所示，光電轉換電路10經由光纜9接收將來自電光轉換電路8的表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號Vzn，接收光纖頭OP2的A2腳接正電源+Vdc3,接收光纖頭OP2的A3腳和A7腳短接且與地線GND2相連，接收光纖頭OP2的A2腳接正電源+Vio,接收光纖頭OP2的A6腳接電阻R皿的一端，電阻Rltll的另一端接正電源+VDC3，電容Cltll的一端與接收光纖頭OP2的A6腳相連，電容Cltll的另一端接地線GND2，電容Cltl2的一端接正電源+Vio,電容Cltl2的另一端接地線GND2，輸出接線端子P13接光電轉換電路10的八6腳，輸出接線端子P14接地線GND2。因此，經由光電轉換電路10將表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號Vzt2轉換為電信號，并將電信號傳給控制模塊11，控制模塊11根據所獲得的結果(是否有數字量)，最終得到晶閘管組件運行的通斷狀態，并為參與封鎖晶閘管組件驅動脈沖等重要操作提供控制指令。
[0068]在本發明的一個示例中，接收光纖頭的型號為HFBR-2412T。
[0069]控制模塊11與光電轉換電路10的輸出端相連，用于根據接收到的用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號檢測晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態。
[0070]在本發明的一個實施例中，控制模塊11可以為上位機或者相關控制器11，視具體應用場合，可以采用計算機、高檔單片機或者DSP芯片、DSP+FPGA芯片或者工控機。
[0071]綜上，本發明的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置的工作流程如下:
[0072]由于終端電阻RT串接在高壓絕緣型電流傳感器2的二次側，其屬于低壓端，既可以作為傳感器的輸出端，又可以作為預處理電路4的輸入端，經由第一雙芯屏蔽雙絞線纜3，將表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的終端電阻Rt的端電壓信號Vt，傳輸給預處理電路4。由預處理電路4對該端電壓信號Vt進行初步處理后，傳輸到恒流源轉換電路5，再由恒流源轉換電路5將表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號Vt轉換為電流信號It，經由第二雙芯屏蔽雙絞線纜6傳輸到采樣電阻&，所獲得的端電壓\('=ItXR)被分為兩個傳輸路徑。其中一路傳輸到數據采集器12，由數據采集器12實時采集得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量另一路傳輸到整形與比較電路7，獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，再將該電平信號經過電光轉換電路8處理得到光脈沖信號，由光纜9傳輸到光電轉換電路10，由光電轉換電路10變換處理得到表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號，再將該電壓信號傳輸到控制模塊11，控制模塊11根據所獲得的結果(是否有數字量)，最終得到晶閘管組件運行的通斷狀態。
[0073]下面對表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號VLIN (如圖5所示)與參考電壓Vki和Vk2的大小關系以及晶閘管組件Tl和T2的不同狀態小結如下:
[0074](I)在VK1>VK2時，當滿足條件VUN〈VK2時，即比較電路輸出低電平，表示晶閘管組件短路狀態(晶閘管組件始終導通);
[0075](2)在VK1>VK2時，當滿足條件VUN>VK1時，即比較電路輸出低電平，表示晶閘管組件開路狀態(晶閘管組件始終斷開未接通);
[0076](3)在VK1>VK2時，當滿足條件>VK1VUN>VK2時，即比較電路輸出高電平，表示晶閘管組件正常狀態。
[0077]由此可見，當表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號Vzt2為低電平時，表示晶閘管組件有故障，其可作為封鎖電磁輻射裝置切換開關的控制指令。為了進一步分析故障特點和準確故障定位，可以借助分析數據采集器12所獲取的實測數據，并結合前期積累的故障樹判斷晶閘管組件為開路或者短路故障，以及哪一個晶閘管組件出現的
哪一類故障。
[0078]需要提醒的是，參考電壓Vki和Vk2之間的差值反映了比較電路的滯環電壓值(誤差值)，應兼顧被測電壓范圍，還要考慮比較器的靈敏特性。因此，本發明建議Vki和Vk2的差值為 0.1 V-ο.2V 之間。
[0079]根據本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，電流傳感頭采用絕緣型結構，將電流傳感頭埋植在具有高壓絕緣能力的護套中，利用恒流源傳輸表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號，可方便地檢測出晶閘管組件運行的開路故障或者短路故障的電壓信號，并將該電壓信號轉換為電流信號，可用于遠距離傳輸，還可以經由光纜將狀態信息實時上傳給相關上位機或者相關控制器，為參與封鎖晶閘管組件驅動脈沖等重要操作提供控制指令，解決了工作于強電磁環境下晶閘管脈沖功率開關組件的遠距離狀態檢測的技術難題，確保脈沖功率開關組件能夠健康、安全、可靠運行。
[0080]本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置至少包括以下有益效果:
[0081](I)該測試裝置為電流傳感器設計了耐高壓的絕緣護套結構，解決了電磁發射裝置中晶閘管組件狀態檢測傳感器的高壓絕緣問題。
[0082](2)該測試裝置所提取的特征量來自于高壓絕緣型傳感器的次級端，由于其為低壓端，從而大大降低了電路的絕緣要求，簡化了電路的結構形式。
[0083](3)本測試裝置將晶閘管組件運行狀態的電壓信號轉換為電流信號，既實現了遠距離傳輸狀態信號，還能適應電磁發射裝置的特殊電磁環境。
[0084](4)該測試裝置既可以輸出數字量，還可以傳送模擬量，信息量豐富，增強了測試裝置的適應能力。
[0085](5)該測試裝置采用模塊化設計，易于擴展，便于操作。
[0086]本發明實施例的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置可以推廣應用到包括晶閘管、IGBT、場效應管、IGCT管大容量電力電子變換裝置通斷狀態的測試裝置中。
[0087]在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“一些實施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。
[0088]盡管上面已經示出和描述了本發明的實施例，可以理解的是，上述實施例是示例性的，不能理解為對本發明的限制，本領域的普通技術人員在不脫離本發明的原理和宗旨的情況下在本發明的范圍內可以對上述實施例進行變化、修改、替換和變型。本發明的范圍由所附權利要求極其等同限定。
【權利要求】
1.一種獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，包括: 電流傳感器，所述電流傳感器套設于晶閘管組件的阻容吸收回路中，所述電流傳感器的二次接線端子分別連接至終端電阻的兩端； 預處理電路，所述預處理電路的輸入端通過第一雙芯屏蔽雙絞線纜與所述電流傳感器的二次接線端子相連，所述預處理電路用于接收所述終端電阻的端電壓信號并對所述端電壓信號進行預處理，其中，所述終端電阻的端電壓信號用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態； 恒流源轉換電路，所述恒流源轉換電路的輸入端與所述預處理電路的輸出端相連，并且所述恒流源轉換電路的輸出端與第二雙芯屏蔽絞線線纜的輸入端相連，所述恒流源轉換電路用于接收用于表示晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的終端電阻的端電壓信號，并將所述端電壓信號轉換為電流信號，以及將所述電流信號傳輸至所述第二雙芯屏蔽絞線線纜; 采樣電阻，所述采樣電阻的兩端分別與所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端相連，用于接收所述第二雙芯屏蔽絞線的電流信號，并在所述采樣電阻的兩端生成端電壓信號； 整形與比較電路，所述整形與比較電路的輸入端與所述采樣電阻的兩端相連，用于接收所述采樣電阻的端電壓信號，并根據所述采樣電阻的端電壓信號獲得表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號； 數據采集器，所述數據采集器的輸入端與所述采樣電阻的兩端相連，用于接收所述采樣電阻的端電壓信號以實時采集得到晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的模擬量； 電光轉換電路，所述電光轉換電路的輸入端與所述整形與比較電路的輸出端相連，用于將來自所述整形與比較電路的電平信號轉換為光脈沖信號； 光電轉換電路，所述光電轉換電路的輸入端通過光纜與所述電光轉換電路的輸出端相連，用于將所述光脈沖信號變換處理得到用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號； 控制模塊，所述控制模塊與所述光電轉換電路的輸出端相連，用于根據接收到的用于表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號檢測晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態。
2.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述電流傳感器為高壓絕緣型電流傳感器，其中，所述電流傳感器包括: 電流傳感器線圈； 屏蔽外套，位于所述電流傳感器線圈的外層，所述電流傳感器的進線端子和出線端子通過所述第一雙芯屏蔽雙絞線引出； 絕緣外套，所述絕緣外套位于所述屏蔽外套的外層，且所述絕緣外套內灌有密封膠。
3.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述預處理電路包括: 儀用運算放大器，所述儀用運算放大器的第一管腳和第八管腳之間并聯有第一電阻，第二管腳與第二電阻的一端相連，所述第二電阻的另一端與所述終端電阻的一端相連，第三管腳與第三電阻的一端相連，所述第三電阻的另一端與所述終端電阻的另一端相連，第四管腳接負電源，第五管腳接地，第六管腳與第四電阻的一端相連，所述第四電阻的另一端接輸出端口，第七管腳接正電源。
4.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述恒流源轉換電路包括: 第一運算放大器，所述第一運算放大器的正極輸入端與第五電阻的一端相連，所述第五電阻的另一端與所述預處理電路的輸出端口相連，所述第一運算放大器的負極輸入端與第六電阻的一端相連，所述第六電阻的另一端與所述預處理電路的輸出端口相連； 跟隨器，所述跟隨器的輸入端與所述第一運算放大器的輸出端相連； 第二運算放大器，所述第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與所述跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至所述第一運算放大器的正極輸入端，所述第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接所述第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接所述采樣電阻。
5.如權利要求4所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述恒流源轉換電路包括: 差分運放芯片，所述差分運放芯片的第二和第三管腳與所述預處理電路的輸出端口相連； 跟隨器，所述跟隨器的輸入端與所述差分運放芯片的輸出端相連； 第二運算放大器，所述第二運算放大器的正極輸入端通過電阻與所述跟隨器的輸出端相連，負極輸入端與輸出端短接，并且輸出端連接至所述差分運放芯片的第一管腳，所述第二運算放大器的正極輸入端和信號地之間并聯有第一電容，且第一電容的兩端接所述第二雙芯屏蔽絞線的輸入端，所述第二雙芯屏蔽絞線的輸出端接所述采樣電阻。
6.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述整形與比較電路包括: 二極管，所述二極管陽極通過電阻與所述采樣電阻的一端相連，陰極與電解電容正極相連，所述電解電容的負極接地，所述電解電容與第二電容并聯； 第一比較器，所述第一比較器的正極輸入端通過電阻與所述電解電容的正極輸入端相連，所述第一比較器的正極輸入端進一步通過電阻與第一比較器的輸出端相連； 第二比較器，所述第二比較器負極輸入端通過電阻與所述電解電容的正極端相連，所述第二比較器的正極輸入端通過電阻與所述第二比較器的輸出端相連，第一比較器和第二比較器的輸出端相連接，輸出表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號。
7.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述電光轉換電路包括: 與門驅動電路，所述與門驅動電路的第一管腳接表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的高低電平信號，第二管腳和第一管腳短接； 發送光纖頭，所述發送光纖頭與所述與門驅動電路的第三管腳相連，將高低電平信號轉換為光信號，并通過光纜發送至所述光電轉換電路。
8.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述光電轉換電路包括: 接收光纖頭，所述接收光纖頭與所述光纜相連，用于接收光信號，并將所述光信號轉換為對應的表征晶閘管脈沖功率開關組件的通斷狀態的電壓信號。
9.如權利要求1所述的獲取晶閘管脈沖功率開關組件通斷狀態的測試裝置，其特征在于，所述光纜為單 芯單模光纖或單芯多模光纖。
【文檔編號】G01R31/327GK103941181SQ201410138913
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月8日 優先權日:2014年4月8日
【發明者】宋曉龍, 胡瀚文, 陳俐鈞, 張志國, 蘇英杰 申請人:北京安泰志誠科技發展有限公司