Генератор испытательных импульсов для диагностики силовых полупроводниковых приборов в состоянии низкой проводимости

Введение. При эксплуатации силовых полупроводниковых приборов (СПП) их надёжность определяется, главным образом, исходным качеством и режимом эксплуатации. Поскольку технологический процесс производства СПП является нестабильным, значения параметров приборов и их характеристики могут существенно различаться. В следствие отсутствия эффективных методик и оборудования для диагностики СПП, производитель лишён возможности осуществления сплошного контроля характеристик и значений параметров приборов. В паспорт СПП записываются предельные значения параметров приборов, что не даёт полной информации об их реальных величинах. Таким образом, при формировании групповых цепей СПП в одной ветви могут оказаться приборы с существенно различающимися значениями параметров, что при эксплуатации преобразователя приведёт к неравномерному распределению тока или напряжения по приборам группы. В результате на отдельных СПП будет выделяться разная мощность, что приведёт к установлению различных тепловых режимов работы приборов. Для повышения надёжности преобразователя требуется обеспечить одинаковые тепловые режимы работы СПП [1]. С этой целью нужно при формировании групповых цепей приборов осуществлять отбраковку потенциально ненадёжных СПП и их подбор для группового соединения по значениям параметров и характеристикам.

Основными параметрами СПП в состоянии низкой проводимости (СНП) являются параметры его вольт-амперной характеристики (ВАХ), такие как повторяющееся импульсное напряжение UD(R)RM и повторяющийся импульсный ток ID(R)RM. В работе рассмотрен генератор испытательных импульсов напряжения, на основе которого планируется реализация устройства для определения ВАХ СПП в СНП и значений её параметров.

Основная часть. Значения параметров и характеристики СПП в СНП определяются в соответствии с действующим стандартом [2], согласно которому на испытуемый прибор (ИП) следует подавать однополупериодные синусоидальные импульсы напряжения длительностью 1–10 мс и частотой в пределах от одиночных до 50 Гц. Таким образом, для диагностики СПП в СНП генератор должен формировать однополупериодные синусоидальные импульсы напряжения с регулируемой амплитудой. Форма испытательных импульсов, формируемых на выходе генератора, представлена на рисунке 1.

Рис. 1. Форма испытательных импульсов, формируемых с помощью генератора.

Структурная схема генератора, позволяющего подавать подобные испытательные импульсы на ИП, представлена на рисунке 2.

Рис. 2. Структурная схема генератора.

На рисунке 2 введены следующие обозначения: РИН – регулируемый источник напряжения; ТР1, 2 – трансформаторы; ВУ – входной усилитель; К – ключ; УР – устройство размагничивания; БИ – блок измерений; ИП – испытуемый прибор.

Принцип работы разработанного генератора заключается в следующем. Импульсы нужной формы и длительности формируются модулем ЦАП программируемого контроллера автоматизации CompactRIO, выпускаемого компанией «National Instruments». Далее импульсы подаются на блок ВУ. ВУ реализован на операционном усилителе и паре комплементарных транзисторов, включенных в режиме повторителя напряжения. Сигнал, усиленный по току, поступает на трансформатор ТР1, который усиливает сигнал по напряжению до требуемых 300 В в амплитуде. Ключ К представляет собой полевой транзистор, включенный в режиме истокового повторителя. Повышающий трансформатор TР2 усиливает по напряжению импульсы, поступающие на его первичную обмотку. Импульсы на выходе трансформатора ТР2 в амплитуде достигают напряжения 10 кВ, что позволяет определять класс СПП до сотого. Ток через первичную обмотку трансформатора TР2 протекают только в одном направлении, это приводит к насыщению стали сердечника трансформатора. Для размагничивания стали сердечника трансформатора TР2 перед каждым открытием транзистора (блок К) УР подает импульс прямоугольный формы на дополнительную первичную обмотку, включенную в противофазе к первой, тем самым перемагничивая сталь сердечника. Ток, протекающий через СПП, и напряжение на нём поступают на БИ, где они масштабируются, и полученные сигналы подаются на модуль АЦП CompactRIO. Дальнейшая обработка полученных данных производится программно с использованием среды LabVIEW.

Заключение. Разработан генератор, позволяющий формировать испытательные импульсы напряжения синусоидальной формы с регулируемой амплитудой для диагностики СПП в СНП. На основе данного генератора планируется создание аппаратно-программного комплекса для определения значений параметров и характеристик СПП в СНП, отбраковки потенциально ненадёжных приборов и их подбора для группового соединения.