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一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置制造方法
【专利摘要】本发明提出了一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，包括：电流传感器套设于晶闸管组件的阻容吸收回路中；预处理电路，输入端通过第一双芯屏蔽双绞线缆与电流传感器相连；恒流源转换电路，输入端与预处理电路的输出端相连；采样电阻；整形与比较电路，输入端与采样电阻的两端相连；数据采集器，输入端与采样电阻的两端相连；电光转换电路，输入端与整形与比较电路的输出端相连；光电转换电路，输入端通过光缆与电光转换电路的输出端相连；控制模块，与光电转换电路的输出端相连。本发明能够快速、可靠和安全监测脉冲功率开关组件的工作状态，既能远距离传输状态信号，还能适应强电磁环境场合。
【专利说明】一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子电力【技术领域】，特别涉及一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置。
【背景技术】
[0002]目前电力电子技术已经发展到了很高的水平，高压大功率电力电子器件，例如 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极晶体管)、功率 MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor,金属-氧化层半导体场效晶体管)、GT0 (Gate Turn-Off Thyristor，门极可关断晶闸管)、晶闸管SCR (可控硅整流器)、IGCT (Intergrated Gate Commutated Thyristors,集成门极换流晶闸管)、MAGT (M0S 门极控制-晶闸管)以及IEGT (Injection Enhanced Gate Transistor,电子注入增强门极晶体管)均已研制成功并大量工程化使用，进一步促进了脉冲功率技术的发展。鉴于晶闸管器件具有电压高、电流大和可靠性高等优点，其是唯一能够与不控型器件相媲美的元件。目前它已被当作脉冲功率开关，广泛应用于高能武器、电磁发射装置、模拟核爆炸开关装置等新概念武器和新高科技实验装置中。
[0003]利用两个相同晶闸管背靠背压装而充当脉冲功率开关组件(以下简称晶闸管组件)，由于运行现场与控制中心相距较远，一般超过数百米。因此，这种特殊运行环境对通断状态检测的传感头及其后续处理器要求极为苛刻，包括以下两个方面:
[0004](I)由于晶闸管组件工作时电压高达数千伏特，要求检测晶闸管组件通断状态的传感头的绝缘性能必须高达数十千伏特；
[0005](2)由于晶闸管组件工作时电流高达数十千安培，要求检测晶闸管组件通断状态的及其后续处理器必须具有良好的抗强电磁干扰的能力。
[0006]研究表明，使晶闸管开关及其组件导通的条件是晶闸管承受正向阳极(A)电压，并在门极(G)施加触发脉冲电流，即阳极与阴极(K)之间电压UAK>0且门极与阴极之间电压UGK>0。大量工程实践表明，利用晶闸管充当脉冲功率开关组件时，由于驱动回路故障引起晶闸管组件没有导通的开路故障，或者由于长时间通强电流而过热击穿引起晶闸管组件直通的短路故障，除此之外，还有少部分是由于过压击穿而导致晶闸管组件直通的短路故障。这两种故障都将直接影响脉冲功率开关组件运行的可靠性与安全性。因此，实时、准确和快速监测切换开关组件通断运行状态，对确保它能够安全、可靠和健康运行至关重要。

【发明内容】

[0007]本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。
[0008]为此，本发明的目的在于提出一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，该装置能够快速、可靠和安全监测脉冲功率开关组件的工作状态，既能远距离传输状态信号，还能适应强电磁环境场合。
[0009]为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，包括:电流传感器，所述电流传感器套设于晶闸管组件的阻容吸收回路中，所述电流传感器的二次接线端子分别连接至终端电阻的两端；预处理电路，所述预处理电路的输入端通过第一双芯屏蔽双绞线缆与所述电流传感器的二次接线端子相连，所述预处理电路用于接收所述终端电阻的端电压信号并对所述端电压信号进行预处理，其中，所述终端电阻的端电压信号用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态；恒流源转换电路，所述恒流源转换电路的输入端与所述预处理电路的输出端相连，并且所述恒流源转换电路的输出端与第二双芯屏蔽绞线线缆的输入端相连，所述恒流源转换电路用于接收用于表示晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的终端电阻的端电压信号，并将所述端电压信号转换为电流信号，以及将所述电流信号传输至所述第二双芯屏蔽绞线线缆；采样电阻，所述采样电阻的两端分别与所述第二双芯屏蔽绞线的输出端相连，用于接收所述第二双芯屏蔽绞线的电流信号，并在所述采样电阻的两端生成端电压信号；整形与比较电路，所述整形与比较电路的输入端与所述采样电阻的两端相连，用于接收所述采样电阻的端电压信号，并根据所述采样电阻的端电压信号获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号；数据采集器，所述数据采集器的输入端与所述采样电阻的两端相连，用于接收所述采样电阻的端电压信号以实时采集得到晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量；电光转换电路，所述电光转换电路的输入端与所述整形与比较电路的输出端相连，用于将来自所述整形与比较电路的电平信号转换为光脉冲信号；光电转换电路，所述光电转换电路的输入端通过光缆与所述电光转换电路的输出端相连，用于将所述光脉冲信号变换处理得到用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号；控制模块，所述控制模块与所述光电转换电路的输出端相连，用于根据接收到的用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号检测晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态。
[0010]在本发明的一个实施例中，所述电流传感器为高压绝缘型电流传感器，其中，所述电流传感器包括:电流传感器线圈；屏蔽外套，位于所述电流传感器线圈的外层，所述电流传感器的进线端子和出线端子通过所述第一双芯屏蔽双绞线引出；绝缘外套，所述绝缘外套位于所述屏蔽外套的外层，且所述绝缘外套内灌有密封胶。
[0011]在本发明的又一个实施例中，所述预处理电路包括:仪用运算放大器，所述仪用运算放大器的第一管脚和第八管脚之间并联有第一电阻，第二管脚与第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述终端电阻的一端相连，第三管脚与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述终端电阻的另一端相连，第四管脚接负电源，第五管脚接地，第六管脚与第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端接输出端口，第七管脚接正电源。
[0012]在本发明的再一个实施例中，所述恒流源转换电路包括:第一运算放大器，所述第一运算放大器的正极输入端与第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端与所述预处理电路的输出端口相连，所述第一运算放大器的负极输入端与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与所述预处理电路的输出端口相连；跟随器，所述跟随器的输入端与所述第一运算放大器的输出端相连；第二运算放大器，所述第二运算放大器的正极输入端通过电阻与所述跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至所述第一运算放大器的正极输入端，所述第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接所述第二双芯屏蔽绞线的输入端，所述第二双芯屏蔽绞线的输出端接所述采样电阻。[0013]在本发明的一个实施例中，所述恒流源转换电路包括:差分运放芯片，所述差分运放芯片的第二和第三管脚与所述预处理电路的输出端口相连；跟随器，所述跟随器的输入端与所述差分运放芯片的输出端相连；第二运算放大器，第二运算放大器的正极输入端通过电阻与所述跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至所述差分运放芯片的第一管脚，所述第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接所述第二双芯屏蔽绞线的输入端，所述第二双芯屏蔽绞线的输出端接所述采样电阻。
[0014]在本发明的又一个实施例中，所述整形与比较电路包括:二极管，所述二极管阳极通过电阻与所述采样电阻的一端相连，阴极与电解电容正极相连，所述电解电容的负极接地，所述电解电容与第二电容并联；第一比较器，所述第一比较器的正极输入端通过电阻与所述电解电容的正极输入端相连，所述第一比较器的正极输入端进一步通过电阻与第一比较器的输出端相连；第二比较器，所述第二比较器负极输入端通过电阻与所述电解电容的正极端相连，所述第二比较器的正极输入端通过电阻与所述第二比较器的输出端相连，第一比较器和第二比较器的输出端相连接，输出表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的闻低电平/[目号。
[0015]在本发明的再一个实施例中，所述电光转换电路包括:与门驱动电路，所述与门驱动电路的第一管脚接表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，第二管脚和第一管脚短接；发送光纤头，所述发送光纤头与所述与门驱动电路的第三管脚相连，将高低电平信号转换为光信号，并通过光缆发送至所述光电转换电路。
[0016]在本发明的一个实施例中，所述光电转换电路包括:接收光纤头，所述接收光纤头与所述光缆相连，用于接收光信号，并将所述光信号转换为对应的表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号。
[0017]在本发明的又一个实施例中，所述光缆为单芯单模光纤或单芯多模光纤。
[0018]根据本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，电流传感头采用绝缘型结构，将电流传感头埋植在具有高压绝缘能力的护套中，利用恒流源传输表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号，可方便地检测出晶闸管组件运行的开路故障或者短路故障的电压信号，并将该电压信号转换为电流信号，可用于远距离传输，还可以经由光缆将状态信息实时上传给相关上位机或者相关控制器，为参与封锁晶闸管组件驱动脉冲等重要操作提供控制指令，解决了工作于强电磁环境下晶闸管脉冲功率开关组件的远距离状态检测的技术难题，确保脉冲功率开关组件能够健康、安全、可靠运行。
[0019]本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中:
[0021]图1为根据本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置的结构不意图；
[0022]图2为根据本发明实施例的电流传感器的高压绝缘型结构示意图；[0023]图3为根据本发明实施例的预处理电路的原理图；
[0024]图4为根据本发明一个实施例的恒流源转换电路的原理图；
[0025]图5为根据本发明另一个实施例的恒流源转换电路的原理图；
[0026]图6为根据本发明实施例的整形与比较电路的原理图；
[0027]图7为根据本发明实施例的电光转换电路的原理图；
[0028]图8为根据本发明实施例的光电转换电路的原理图。
【具体实施方式】
[0029]下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0030]在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0031]图1为根据本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置的结构示意图。
[0032]如图1所示，本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，包括:电流传感器2、第一双芯屏蔽双绞线缆3、预处理电路4、恒流源转换电路5、第二双芯屏蔽双绞线缆6、整形与比较电路7、数据采集器12、电光转换电路8、光缆9、光电转换电路10以及控制模块11。本发明可以快速、可靠监测脉冲功率开关组件的通断状态，确保它在每一次运行时，能够健康、安全和可靠工作。
[0033]下面首先对获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置的整个电路结构和工作流程进行描述。
[0034]具体来说，电流传感器2套设于套在由两个背靠背的晶闸管Tl和T2组成的晶闸管组件的阻容(即RC)吸收回路中，后续处理电路置于电流传感器的次级低压端，通过电流传感器2将其与后续处理电路进行电气隔离。电流传感器2的二次接线端子两端经由接口P1和P2分别接终端电阻Rt两端，并经由第一双芯屏蔽双绞线缆3与预处理电路4的输入端P3和P4相连，预处理电路4的输出端与恒流源转换电路5的输入端P5和P6相连，恒流源转换电路5的输出端与第二双芯屏蔽双绞线缆6的输入端P7和P8相连，第二双芯屏蔽双绞线缆6的输出端P9和Pltl分别连接采样电阻&的两端，采样电阻&的端电压\被分为两个传输路径，其中一路与数据采集器12相连，另外一路和整形与比较电路7的输入端相连，整形与比较电路7的输出端与电光转换电路8的输入端P11和P12相连，电光转换电路8的输出端经由光缆9与光电转换电路10相连,光电转换电路10的输出端与上位机或者相关控制器11的输入端P13和P14相连。
[0035]图2为根据本发明实施例的电流传感器的高压绝缘型结构示意图。
[0036]在本发明的一个实施例中，电流传感器可以为高压绝缘型电流传感器。如图2所示，电流传感器包括:电流传感器线圈21、屏蔽外套22和绝缘外套23。其中，屏蔽外套22位于电流传感器线圈21的外层，电流传感器2的进线端子P1和出线端子P2通过第一双芯屏蔽双绞线3引出。将上述结构至于绝缘外套23内，绝缘外套23位于屏蔽外套22的外层，且绝缘外套23内灌有密封胶，便于固化上述结构，增强整个传感头的绝缘能力。在本发明的一个示例中，电流传感器线圈21可以为罗氏线圈。
[0037]图3为根据本发明实施例的预处理电路的原理图。
[0038]预处理电路4的输入端通过第一双芯屏蔽双绞线缆3与电流传感器2的二次接线端子相连，用于接收终端电阻Rt的端电压信号并对端电压信号进行预处理。其中，终端电阻Rt的端电压信号用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态。
[0039]预处理电路4包括仪用运算放大器，其中仪用运算放大器的第一管脚和第八管脚之间并联有第一电阻，第二管脚与第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端与终端电阻的一端相连，第三管脚与第三电阻的一端相连，第三电阻的另一端与终端电阻的另一端相连，第四管脚接负电源，第五管脚接地，第六管脚与第四电阻的一端相连，第四电阻的另一端接输出端口，第七管脚接正电源。在本发明的一个示例中，仪用运算放大器AP1的型号可以为AD620。
[0040]如图3所示，预处理电路4的接线端子P3和P4,分别连接终端电阻RT，终端电阻Rt的一端接第三电阻R41的一端，第三电阻R41的另一端接仪用运算放大器AP1的第三管脚A3脚，终端电阻Rt的另一端接第二电阻R42的一端，第二电阻R42的另一端接仪用运算放大器AP1的第二管脚^脚，第一电阻R43并接在仪用运算放大器AP1的第一管脚A1脚和第八管脚A8脚之间，仪用运算放大器AP1的第七管脚A7脚接正电源+Vio，仪用运算放大器AP1的第四管脚A4脚接负电源-Vio，仪用运算放大器AP1的第五管脚A5脚接地线GNDl，仪用运算放大器AP1的输出脚第六管脚A6接第四电阻R44的一端，电容C41的一端接仪用运算放大器AP1的第三管脚A3脚，电容C41的另一端接地线GNDl，电容C43的一端接地线GNDl，电容C43的另一端接正电源+VDa，电容C42的一端接仪用运算放大器AP1的第二管脚A2脚，电容C42的另一端接地线GND1，电容C44的一端接地线GND1，电容C44的另一端接负电源-Vio，第四电阻R44的一端接仪用运算放大器放AP1的输出脚第六管脚A6，第四电阻R44的另一端接输出端口 P5,电容C45的一端接输出端口 P5,电容C45的另一端接输出端口 P6，输出端口 P6接地线GNDl。
[0041]恒流源转换电路5的输入端与预处理电路4的输出端相连，并且恒流源转换电路5的输出端与第二双芯屏蔽绞线线缆6的输入端相连。恒流源转换电路5用于接收表示晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的终端电阻Rt的端电压信号，并将端电压信号转换为电流信号，以及将电流信号传输至第二双芯屏蔽绞线线缆6。
[0042]本发明的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置中的恒流源转换电路5可以采用运算放大器或差分运放芯片。下面分别参考图4或图5对上述两种形式的恒流源转换电路5进行描述。
[0043]图4为根据本发明一个实施例的恒流源转换电路的原理图。
[0044]恒流源转换电路包括:第一运算放大器、跟随器和第二运算放大器。其中，第一运算放大器的正极输入端与第五电阻的一端相连，第五电阻的另一端与预处理电路的输出端口相连，第一运算放大器的负极输入端与第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端与预处理电路的输出端口相连 。跟随器的输入端与第一运算放大器的输出端相连。第二运算放大器的正极输入端通过电阻与跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至第一运算放大器的正极输入端，第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接第二双芯屏蔽绞线的输入端，第二双芯屏蔽绞线的输出端接采样电阻。
[0045]如图4所示，恒流源转换电路5的接线端子P5接第六电阻R51的一端，第六电阻R51的另一端接第一运算放大器AP2的负极输入端^脚，恒流源转换电路5的接线端子P6接第五电阻R52的一端，第五电阻R52的另一端接第一运算放大器AP2的正极输入端A3脚，电阻R53并接在第一运算放大器AP2的弋脚和A6脚之间，第一运算放大器AP2的~脚接负电源-VDa，第一运算放大器AP2的A7脚接正电源+VDa，电阻R54的一端接第一运算放大器AP2的A3脚，电阻R54的另一端接第二运算放大器AP4的输出脚C6,电容C51的一端接负电源_VDa，电容C51的另一端接地线GND1，电容C52的一端接正电源+VDa，电容C52的另一端接地线GND1。跟随器AP3的输入脚B2接第一运算放大器AP2的输出脚A6,跟随器AP3的B5脚接正电源+VDC1。跟随器AP3的B3脚接负电源-Vdci，跟随器AP3的输出脚B4接电阻Re的一端，电阻Re的另一端接第二运算放大器AP4的C3脚，第二运算放大器AP4的C2脚与C6脚短接，第二运算放大器AP4的C4脚接负电源_VDa，第二运算放大器AP4的C7脚接正电源+Vio。第一电容C53并接在恒流源转换电路5的输出接线端子？7和匕之间，且接线端子P8接地线GND1。恒流源转换电路5的输出接线端子P7和P8经由第二双芯屏蔽双绞线缆6，分别与接线端子P9和P10相连，采样电阻&并接在接线端子P9和Pltl之间，经由恒流源转换电路5获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电流信号It，该电流信号It流过采样电阻，从而获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号VL (VL=ITXRL)0其中，该信号被分为两个传输路径，其中一路传输到数据采集器12，由数据采集器12实时采集得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量，另外一路传输到整形与比较电路7中继续处理得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，即开关量信号。
[0046]在本发明的一个实施例中，恒流源转换电路5还可以采用差分运放芯片。例如型号为INA105的差分运放芯片。
[0047]图5为根据本发明另一个实施例的恒流源转换电路5的原理图。
[0048]恒流源转换电路5包括:差分运放芯片、跟随器和第二运算放大器。其中，差分运放芯片的第二和第三管脚与预处理电路4的输出端口相连。跟随器的输入端与差分运放芯片的输出端相连。第二运算放大器的正极输入端通过电阻与跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至差分运放芯片的第一管脚，第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接所述第二双芯屏蔽绞线的输入端，第二双芯屏蔽绞线的输出端接采样电阻。采样电阻的两端分别与第二双芯屏蔽绞线6的输出端相连，用于接收第二双芯屏蔽绞线6的电流信号，并在采样电阻6的两端生成端电压信号。
[0049]如图5所示，恒流源转换电路5的接线端子P5接差分运放芯片AP2的第二管脚A2脚，恒流源转换电路5的接线端子P6接差分运放芯片AP2的第三管脚A3脚，差分运放芯片AP2的第五管脚A5脚与第六管脚A6脚短接，差分运放芯片AP2的第四管脚A4脚接负电源-VDa，差分运放芯片AP2的第七管脚A7脚接正电源+Vio。差分运放芯片AP2的A1脚接第二运算放大器AP4的输出脚C6,电容C51的一端接负电源-VDa，电容C51的另一端接地线GND1，跟随器AP3的输入脚B2接差分 运放芯片AP2的输出脚A6,跟随器AP3的B5脚接正电源+VDC1，跟随器AP3的B3脚接负电源-Vdci，跟随器AP3的输出脚B4接电阻Re的一端，电阻Re的另一端接运放AP4的C3脚，第二运算放大器AP4的C2脚与C6脚短接，第二运算放大器AP4的C4脚接负电源-VDa，第二运算放大器AP4的C7脚接正电源+VDa。第一电容C53并接在恒流源转换电路5的输出接线端子P7和P8之间，且接线端子P8接地线GNDl，恒流源转换电路5的输出接线端子P7和P8经由第二双芯屏蔽双绞线缆6，分别与接线端子P9和Pltl相连。采样电阻&并接在接线端子P9和Pltl之间，经由恒流源转换电路5获得反表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电流信号Ιτ，电流信号It流过采样电阻，从而获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号\ ('=ItXRJ,该信号被分为两个传输路径，其中一路传输到数据采集器12，由数据采集器12实时采集得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量，另外一路传输到整形与比较电路7中继续处理得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，即开关量信号。
[0050]在本发明的一个示例中，第一和第二运算放大器可以选用单路运算放大器或者双路运算放大器，例如，型号为0Ρ07的单路运算放大器,或者型号为0Ρ284的双路运算放大器。
[0051]在本发明的又一个示例中，跟随器AP3:当电流较小(如不超过250mA)时可以选用BUF634，当电流较大(如超过1A)时可以选用功率运算放大器PA01。
[0052]图6为根据本发明实施例的整形与比较电路的原理图。
[0053]整形与比较电路7的输入端与采样电阻的两端相连，用于接收采样电阻&的端电压信号\，并根据采样电阻&的端电压信号获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的闻低电平/[目号。
[0054]整形与比较电路包括:二极管、第一比较器和第二比较器。其中，二极管阳极通过电阻与采样电阻的一端相连，阴极与电解电容正极相连，电解电容的负极接地，电解电容与第二电容并联。第一比较器的正极输入端通过电阻与电解电容的正极输入端相连，第一比较器的正极输入端进一步通过电阻与第一比较器的输出端相连。第二比较器的负极输入端通过电阻与电解电容的正极端相连，第二比较器的正极输入端通过电阻与第二比较器的输出端相连，第一比较器和第二比较器的输出端相连接，输出表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号。
[0055]如图6所示，整形与比较电路7的接线端子P9和Pltl经由第二双芯屏蔽双绞线缆6，分别与恒流源转换电路5的输出接线端子P7和P8相连，采样电阻&并接在接线端子P9和Pltl之间，接线端子Pltl与地线GNDl相连，接线端子P9与电阻R71的一端相连，电阻R71的另一端与二极管D71的阳极相连，二极管D71的阴极与电阻R72的一端相连，电阻R72的另一端与电解电容C72的正极相连，电解电容C72的正极与第二电容C71的一端短接，电解电容C72的负极与第二电容C71的另一端短接且与地线GNDl相连，电阻R74的一端接电解电容C72的正极，电阻R74的另一端接第一比较器AP5的正极输入端A3脚，电阻R75的一端接电解电容C72的正极，电阻R75的另一端接第二比较器AP6的负极输入端A6脚，电阻R76的一端接地线GNDl,电阻R76的另一端接第一比较器AP6的A5脚，电阻R77的一端接第二比较器AP6的正极输入端A5脚，电阻R77的另一端接第二比较器AP6的输出端A7脚，电阻R78的一端接第一比较器AP5的正极输入端A3脚，电阻R78的另一端接第一比较器AP5的输出端A1脚，电阻R79的一端接第一比较器AP5的输出端A1脚，电阻R79的另一端接正电源+Vdci,第一比较器AP5的A8脚接正电源+Vdci，第二比较器AP6的A4脚接负电源-Vio，第一比较器AP5的输出端A1脚与输出接线端子P11相连，第二比较器AP6的输出端A7脚与输出接线端子P12相连，经由整形与比较电路7，获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号VZT1。
[0056]在本发明的一个实例中国，第一和第二比较器可以选用单路比较器或者双路比较器，例如型号为LM331的单路比较器或者型号为LM393的双路比较器。
[0057]数据采集器12的输入端与采样电阻&的两端相连，用于接收采样电阻&的端电压信号以实时采集得到晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量。
[0058]在本发明的一个实施例中，数据采集器12可以采用DATAQ仪表生产的商用采集电路卡D1-710系列产品，它具有独立的16个数据采集通道，也可采用高档单片机或者DSP芯片构建采集卡。在此，恕本专利不再赘述。
[0059]图7为根据本发明实施例的电光转换电路的原理图。
[0060]电光转换电路8的输入端与整形与比较电路7的输出端相连，用于将来自整形与比较电路7的电平信号转换为光脉冲信号。
[0061 ] 电光转换电路包括:与门驱动电路和发送光纤头，其中，与门驱动电路的第一管脚接表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，第二管脚和第一管脚短接。发送光纤头与与门驱动电路的第三管脚相连，将高低电平信号转换为光信号，并通过光缆发送至光电转换电路10。在本发明的一个实施例中，光缆为单芯单模光纤或单芯多模光纤。
[0062]如图7所示，电光转换电路8的接线端子P11接与门驱动电路AP7的B1脚，电光转换电路8的接线端子P12接与门驱动电路AP7的B4脚，与门驱动电路AP7的第一管脚B1脚与第二管脚B2脚短接，与门驱动电路AP7的B4脚接地线GNDl，与门驱动电路AP7的B8脚接正电源+Vdc2，与门驱动电路AP7的B6脚与B7脚短接且与地线GNDl相连，与门驱动电路AP7的第三管脚B3脚接发送光纤头OP1的A6脚，发送光纤头OP1的A6脚分别与A2脚和A7脚短接，电容C82的一端接发送光纤头OP1的A7脚，电容C82的另一端接地线GNDl，电容C81的一端接正电源+VDC2，电容C81的另一端接地线GND1，电阻R81的一端接发送光纤头OP1的A2脚，电阻R81的另一端接正电源+VDC2，因此，经由电光转换电路8，将表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号Vm转换为光信号，经由光缆9传输至光电转换电路10。
[0063]在本发明的一个不例中，与门驱动电路的型号为SN75451,发送光纤头的型号为HFBR-1412T。
[0064]图8为根据本发明实施例的光电转换电路的原理图。
[0065]光电转换电路10的输入端通过光缆9与电光转换电路8的输出端相连,用于将光脉冲信号变换处理得到用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号。
[0066]光电转换电路包括:接收光纤头，其中接收光纤头与光缆9相连，用于接收光信号，并将该光信号转换为对应的表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号。
[0067]如图8所示，光电转换电路10经由光缆9接收将来自电光转换电路8的表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号Vzn，接收光纤头OP2的A2脚接正电源+Vdc3,接收光纤头OP2的A3脚和A7脚短接且与地线GND2相连，接收光纤头OP2的A2脚接正电源+Vio,接收光纤头OP2的A6脚接电阻R皿的一端，电阻Rltll的另一端接正电源+VDC3，电容Cltll的一端与接收光纤头OP2的A6脚相连，电容Cltll的另一端接地线GND2，电容Cltl2的一端接正电源+Vio,电容Cltl2的另一端接地线GND2，输出接线端子P13接光电转换电路10的八6脚，输出接线端子P14接地线GND2。因此，经由光电转换电路10将表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号Vzt2转换为电信号，并将电信号传给控制模块11，控制模块11根据所获得的结果(是否有数字量)，最终得到晶闸管组件运行的通断状态，并为参与封锁晶闸管组件驱动脉冲等重要操作提供控制指令。
[0068]在本发明的一个示例中，接收光纤头的型号为HFBR-2412T。
[0069]控制模块11与光电转换电路10的输出端相连，用于根据接收到的用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号检测晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态。
[0070]在本发明的一个实施例中，控制模块11可以为上位机或者相关控制器11，视具体应用场合，可以采用计算机、高档单片机或者DSP芯片、DSP+FPGA芯片或者工控机。
[0071]综上，本发明的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置的工作流程如下:
[0072]由于终端电阻RT串接在高压绝缘型电流传感器2的二次侧，其属于低压端，既可以作为传感器的输出端，又可以作为预处理电路4的输入端，经由第一双芯屏蔽双绞线缆3，将表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的终端电阻Rt的端电压信号Vt，传输给预处理电路4。由预处理电路4对该端电压信号Vt进行初步处理后，传输到恒流源转换电路5，再由恒流源转换电路5将表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号Vt转换为电流信号It，经由第二双芯屏蔽双绞线缆6传输到采样电阻&，所获得的端电压\('=ItXR)被分为两个传输路径。其中一路传输到数据采集器12，由数据采集器12实时采集得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量另一路传输到整形与比较电路7，获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，再将该电平信号经过电光转换电路8处理得到光脉冲信号，由光缆9传输到光电转换电路10，由光电转换电路10变换处理得到表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号，再将该电压信号传输到控制模块11，控制模块11根据所获得的结果(是否有数字量)，最终得到晶闸管组件运行的通断状态。
[0073]下面对表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号VLIN (如图5所示)与参考电压Vki和Vk2的大小关系以及晶闸管组件Tl和T2的不同状态小结如下:
[0074](I)在VK1>VK2时，当满足条件VUN〈VK2时，即比较电路输出低电平，表示晶闸管组件短路状态(晶闸管组件始终导通);
[0075](2)在VK1>VK2时，当满足条件VUN>VK1时，即比较电路输出低电平，表示晶闸管组件开路状态(晶闸管组件始终断开未接通);
[0076](3)在VK1>VK2时，当满足条件>VK1VUN>VK2时，即比较电路输出高电平，表示晶闸管组件正常状态。
[0077]由此可见，当表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号Vzt2为低电平时，表示晶闸管组件有故障，其可作为封锁电磁辐射装置切换开关的控制指令。为了进一步分析故障特点和准确故障定位，可以借助分析数据采集器12所获取的实测数据，并结合前期积累的故障树判断晶闸管组件为开路或者短路故障，以及哪一个晶闸管组件出现的
哪一类故障。
[0078]需要提醒的是，参考电压Vki和Vk2之间的差值反映了比较电路的滞环电压值(误差值)，应兼顾被测电压范围，还要考虑比较器的灵敏特性。因此，本发明建议Vki和Vk2的差值为 0.1 V-ο.2V 之间。
[0079]根据本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，电流传感头采用绝缘型结构，将电流传感头埋植在具有高压绝缘能力的护套中，利用恒流源传输表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号，可方便地检测出晶闸管组件运行的开路故障或者短路故障的电压信号，并将该电压信号转换为电流信号，可用于远距离传输，还可以经由光缆将状态信息实时上传给相关上位机或者相关控制器，为参与封锁晶闸管组件驱动脉冲等重要操作提供控制指令，解决了工作于强电磁环境下晶闸管脉冲功率开关组件的远距离状态检测的技术难题，确保脉冲功率开关组件能够健康、安全、可靠运行。
[0080]本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置至少包括以下有益效果:
[0081](I)该测试装置为电流传感器设计了耐高压的绝缘护套结构，解决了电磁发射装置中晶闸管组件状态检测传感器的高压绝缘问题。
[0082](2)该测试装置所提取的特征量来自于高压绝缘型传感器的次级端，由于其为低压端，从而大大降低了电路的绝缘要求，简化了电路的结构形式。
[0083](3)本测试装置将晶闸管组件运行状态的电压信号转换为电流信号，既实现了远距离传输状态信号，还能适应电磁发射装置的特殊电磁环境。
[0084](4)该测试装置既可以输出数字量，还可以传送模拟量，信息量丰富，增强了测试装置的适应能力。
[0085](5)该测试装置采用模块化设计，易于扩展，便于操作。
[0086]本发明实施例的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置可以推广应用到包括晶闸管、IGBT、场效应管、IGCT管大容量电力电子变换装置通断状态的测试装置中。
[0087]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0088]尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。
【权利要求】
1.一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，包括: 电流传感器，所述电流传感器套设于晶闸管组件的阻容吸收回路中，所述电流传感器的二次接线端子分别连接至终端电阻的两端； 预处理电路，所述预处理电路的输入端通过第一双芯屏蔽双绞线缆与所述电流传感器的二次接线端子相连，所述预处理电路用于接收所述终端电阻的端电压信号并对所述端电压信号进行预处理，其中，所述终端电阻的端电压信号用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态； 恒流源转换电路，所述恒流源转换电路的输入端与所述预处理电路的输出端相连，并且所述恒流源转换电路的输出端与第二双芯屏蔽绞线线缆的输入端相连，所述恒流源转换电路用于接收用于表示晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的终端电阻的端电压信号，并将所述端电压信号转换为电流信号，以及将所述电流信号传输至所述第二双芯屏蔽绞线线缆; 采样电阻，所述采样电阻的两端分别与所述第二双芯屏蔽绞线的输出端相连，用于接收所述第二双芯屏蔽绞线的电流信号，并在所述采样电阻的两端生成端电压信号； 整形与比较电路，所述整形与比较电路的输入端与所述采样电阻的两端相连，用于接收所述采样电阻的端电压信号，并根据所述采样电阻的端电压信号获得表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号； 数据采集器，所述数据采集器的输入端与所述采样电阻的两端相连，用于接收所述采样电阻的端电压信号以实时采集得到晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的模拟量； 电光转换电路，所述电光转换电路的输入端与所述整形与比较电路的输出端相连，用于将来自所述整形与比较电路的电平信号转换为光脉冲信号； 光电转换电路，所述光电转换电路的输入端通过光缆与所述电光转换电路的输出端相连，用于将所述光脉冲信号变换处理得到用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号； 控制模块，所述控制模块与所述光电转换电路的输出端相连，用于根据接收到的用于表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号检测晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态。
2.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述电流传感器为高压绝缘型电流传感器，其中，所述电流传感器包括: 电流传感器线圈； 屏蔽外套，位于所述电流传感器线圈的外层，所述电流传感器的进线端子和出线端子通过所述第一双芯屏蔽双绞线引出； 绝缘外套，所述绝缘外套位于所述屏蔽外套的外层，且所述绝缘外套内灌有密封胶。
3.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述预处理电路包括: 仪用运算放大器，所述仪用运算放大器的第一管脚和第八管脚之间并联有第一电阻，第二管脚与第二电阻的一端相连，所述第二电阻的另一端与所述终端电阻的一端相连，第三管脚与第三电阻的一端相连，所述第三电阻的另一端与所述终端电阻的另一端相连，第四管脚接负电源，第五管脚接地，第六管脚与第四电阻的一端相连，所述第四电阻的另一端接输出端口，第七管脚接正电源。
4.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述恒流源转换电路包括: 第一运算放大器，所述第一运算放大器的正极输入端与第五电阻的一端相连，所述第五电阻的另一端与所述预处理电路的输出端口相连，所述第一运算放大器的负极输入端与第六电阻的一端相连，所述第六电阻的另一端与所述预处理电路的输出端口相连； 跟随器，所述跟随器的输入端与所述第一运算放大器的输出端相连； 第二运算放大器，所述第二运算放大器的正极输入端通过电阻与所述跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至所述第一运算放大器的正极输入端，所述第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接所述第二双芯屏蔽绞线的输入端，所述第二双芯屏蔽绞线的输出端接所述采样电阻。
5.如权利要求4所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述恒流源转换电路包括: 差分运放芯片，所述差分运放芯片的第二和第三管脚与所述预处理电路的输出端口相连； 跟随器，所述跟随器的输入端与所述差分运放芯片的输出端相连； 第二运算放大器，所述第二运算放大器的正极输入端通过电阻与所述跟随器的输出端相连，负极输入端与输出端短接，并且输出端连接至所述差分运放芯片的第一管脚，所述第二运算放大器的正极输入端和信号地之间并联有第一电容，且第一电容的两端接所述第二双芯屏蔽绞线的输入端，所述第二双芯屏蔽绞线的输出端接所述采样电阻。
6.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述整形与比较电路包括: 二极管，所述二极管阳极通过电阻与所述采样电阻的一端相连，阴极与电解电容正极相连，所述电解电容的负极接地，所述电解电容与第二电容并联； 第一比较器，所述第一比较器的正极输入端通过电阻与所述电解电容的正极输入端相连，所述第一比较器的正极输入端进一步通过电阻与第一比较器的输出端相连； 第二比较器，所述第二比较器负极输入端通过电阻与所述电解电容的正极端相连，所述第二比较器的正极输入端通过电阻与所述第二比较器的输出端相连，第一比较器和第二比较器的输出端相连接，输出表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号。
7.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述电光转换电路包括: 与门驱动电路，所述与门驱动电路的第一管脚接表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的高低电平信号，第二管脚和第一管脚短接； 发送光纤头，所述发送光纤头与所述与门驱动电路的第三管脚相连，将高低电平信号转换为光信号，并通过光缆发送至所述光电转换电路。
8.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述光电转换电路包括: 接收光纤头，所述接收光纤头与所述光缆相连，用于接收光信号，并将所述光信号转换为对应的表征晶闸管脉冲功率开关组件的通断状态的电压信号。
9.如权利要求1所述的获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置，其特征在于，所述光缆为单 芯单模光纤或单芯多模光纤。
【文档编号】G01R31/327GK103941181SQ201410138913
【公开日】2014年7月23日 申请日期:2014年4月8日 优先权日:2014年4月8日
【发明者】宋晓龙, 胡瀚文, 陈俐钧, 张志国, 苏英杰 申请人:北京安泰志诚科技发展有限公司