[發明專利]一種電氣器件換流回路雜散參數的測量方法

有效

• 申請號: 201811615509.1
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109709423B
• 公開（公告）日: 2020-07-03
• 發明（設計）人: 曾嶸;劉佳鵬;周文鵬;趙彪;余占清;陳政宇
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00
• 代理公司: 北京知聯天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11594
• 代理人: 張陸軍;張迎新

本發明公開了一種電氣器件換流回路雜散參數的測量方法，所述換流回路包括依次串聯連接的電氣器件中的功率半導體元件、第n個陰極環對應的管殼、驅動板、門極驅動線路、開關元件、以及電容器；在電氣器件換流過程中，基于所述換流回路中的電氣參數和/或電氣參數關系，采用擬合法得到第n個陰極環對應管殼、電容器以及門極驅動線路的雜散電阻與雜散電感。該測量方法實現了對于換流回路各部分雜散參數的分離，便于電氣器件后續的分析與改進。

技術領域

本發明屬于電子技術領域，特別涉及一種電氣器件換流回路雜散參數的測量方法。

背景技術

IGCT器件是在GTO的基礎上發展出的新一代流控型器件，從芯片層面來看，GCT芯片采用了透明陽極技術與緩沖層設計，降低了器件的觸發電流水平及導通壓降。從門極驅動電路及開通、關斷原理來看，IGCT采用集成式驅動電路，通過優化線路布局及管殼封裝結構等方式，降低換流回路雜散參數到納亨量級，使得器件關斷過程中電流能在很短時間內由陰極全部轉換至門極，而后使PNP三極管自然關斷。

如圖1所示，現有的一種電氣器件的結構示意圖，所述電氣器件包括至少一個功率半導體元件、門極驅動板(未畫出)、第一導電塊、第二導電塊、陰極通流區域以及管殼；所述功率半導體元件包括控制電極門極與電流電極陰極或陽極；所述門極驅動板上設有與功率半導體元件的門陰極相并聯的開關元件與電容器，其中，所述開關元件與電容器相串聯。針對于上述現有的電氣器件，現有研究發現IGCT主要存在兩種典型的失效模式，第一種是由于陽極電流過大或換流回路雜散電感參數過大，導致在陰陽極間電壓上升前未將全部電流由陰極轉換至門極，此時由于不滿足硬關斷條件，會造成器件失效；第二種是由于各陰極環對應換流回路的雜散參數不同，在關斷過程中會出現電流的分配不均，在較高關斷電壓情況下，局部的動態雪崩將導致該區域陰極的重觸發，造成器件失效。可以看出，不論在哪種失效模式下，不同陰極環換流回路的雜散參數均對器件的安全工作區有較大影響。然而對于雜散參數，尤其是雜散電感的測量還存在以下困難，1、雜散電感為納亨量級，難以通過交流電橋等常規方式測量得到準確結果；2、IGCT器件換流回路中包含一部分管殼封裝的金屬結構，不同頻率對應的趨膚深度會導致雜散電感的數值出現變化，在實際的換流過程中，換流過程不是單一頻率的正弦穩態；換流回路中包含硅體內的部分，在非導通狀態下不導電。以上特征導致難以利用矢量網絡分析儀等測量單一頻率下的雜散參數作為準確結果；3、換流過程通常情況下為百納秒量級的快過程，不易實現對該過程的準確測量；4、換流回路雜散參數對于電流路徑的形狀十分敏感，在這樣的條件下，較難實現對不同陰極環的雜散參數測量。

發明內容

針對上述問題，本發明提出了一種電氣器件換流回路雜散參數的測量方法，該測量方法在測量換流回路時，幾乎不改變電路路徑，且測量結果更加精確。

一種電氣器件換流回路雜散參數的測量方法，所述換流回路包括依次串聯連接的電氣器件中的功率半導體元件、第n個陰極環對應的管殼、驅動板、門極驅動線路、開關元件、以及電容器；

在電氣器件換流過程中，基于所述換流回路中的電氣參數和/或電氣參數關系，采用擬合法得到第n個陰極環對應管殼、電容器以及門極驅動線路的雜散電阻與雜散電感，其中，n為整數，n≥1。

進一步，所述換流回路中的包括以下中的一個或多個電氣參數：

電氣器件中管殼與驅動板門陰極接口的電壓、功率半導體元件內J3結的電壓、電容外部兩側的電壓、開關元件兩側的電壓、驅動板線路的電壓、電容內部電壓、門極電流、第n個陰極環對應管殼的雜散電阻、電容器的雜散電阻以及驅動板線路的雜散電阻、第n個陰極環對應管殼的雜散電感、電容器的雜散電感以及驅動板線路的雜散電感。

進一步，所述電氣參數滿足以下一種或多種關系：

V_GK-V_C+V_M＝V_Pcb (2)