[发明专利]直流固态断路器的功率管老化测试装置及其测试方法

说明书

本发明公开了直流固态断路器的功率管老化测试装置及其测试方法，针对直流固态断路器短路限流工况，提出功率管老化测试装置和测试方法，本发明利用实际工况下功率管额定导通阶段的导通电阻和驱动电压，以及限流阶段的驱动电压平均值全面在线原位监测功率管老化程度。本发明相比其他功率管的老化测试装置和测试方法，具有老化测试效率高、可以全面在线原位表征功率管老化程度、特别适合直流固态断路器短路限流工况下的功率管老化测试的特点。

技术领域

本发明涉及直流固态断路器的功率管老化测试装置及其测试方法，属于电力电子技术与电工技术领域。

背景技术

直流固态断路器（Solid-State Circuit Breakers,SSCB）是利用固态半导体功率器件组成的电子开关装置，具有无电弧、开关速度快（微秒级）、高可靠、可以将短路电流限制到较低水平等优势，是直流微电网故障保护技术的未来发展方向。

直流SSCB在处理短路故障而工作于典型短路限流工况时，功率管将受到极端复杂的电场、温度和机械应力的耦合冲击作用，引起功率管的退化和失效。直流SSCB短路限流工况下，直流母线电压、关断钳位电压、限流值、限流时间、线路电感以及功率管壳温等因素均具有较大变化空间。功率管在该极端条件应用下各层材料特性的演变规律和机理是什么，主要薄弱环节发生在什么部位，哪些因素是影响功率管可靠性的关键因素，目前仍缺乏理论依据，制约了直流SSCB技术的推广应用。

目前，针对功率管的老化测试方法，有秒级加速功率循环测试方法、重复短路测试方法以及重复雪崩测试方法，上述测试过程中功率管的工作状态与直流SSCB短路限流工况下的工作状态存在极大不同。秒级加速功率循环测试中，功率管高功率持续时间为数秒，驱动电压保持较高数值不变，工作于线性电阻区，功率较小；对于重复短路测试以及重复雪崩测试，功率管高功耗持续时间约数微秒，驱动电压保持较高数值不变，工作于线性放大区，功率极大。但是在直流SSCB短路限流工况下，功率管高功率持续时间约几十微秒至数毫秒，驱动电压因受控而降低，工作于线性放大区，功率较大，这会使功率管产生不一样的退化和失效机制。因此，目前的功率管老化测试方法以及对应的测试装置不适用于直流SSCB功率管的老化测试。

目前功率管老化过程中，在线监测的特征参数只适应秒级加速功率循环工况、重复短路工况以及重复雪崩工况，难以适用于直流SSCB的短路限流工况；此外，传统的秒级功率循环下功率管老化失效机制较明确，在老化实验中只需监测某一种老化特征参数即可，但是直流SSCB短路限流工况下的功率管老化机制不明，传统的只监测一种老化特征参数难以表征功率管真实的老化情况，无法准确控制老化实验的终止时刻，需要针对直流SSCB实际工况，在线监测可以全面反应功率管退化的多种老化特征参数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供直流固态断路器的功率管老化测试装置及其测试方法。

为达到上述目的，本发明提供直流固态断路器的功率管老化测试装置，包括直流功率保护电源、直流SSCB、数据监测和可控负载，直流功率保护电源电连接直流SSCB，直流SSCB电连接数据监测和可控负载；

所述直流SSCB包括被测功率管Q₁、压敏电阻MOV、驱动电路一、驱动电阻R_g、铜散热器、水冷排、恒温水浴装置、检测电阻R_Sense、电流检测电路、线路电感L_line、隔离电路二、隔离电路三和 FPGA控制板；