用于高功率半导体元件的测试电路制造技术

本发明专利技术涉及一种用于高压直流输电的变流器内的高功率半导体元件(11)的测试电路(20)，包括带有用于高功率半导体元件(11)的接头(31)和与高功率半导体元件(11)可连接的高压源(28)的高电压回路(22)，该测试电路应允许特别灵活地调节测试条件且特别地与电网频率无关地运行。为此，高压源(28)包括多个在第一系列(29)内连接的电压换向的变流器模块。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于高功率半导体元件的测试电路
本专利技术涉及一种用于高压直流输电的变流器内的高功率半导体元件的测试电路，所述测试电路包括带有用于高功率半导体元件的接头和与高功率半导体元件可连接的高压源的高电压回路。本专利技术此外涉及一种用于测试高功率半导体元件的方法。
技术介绍
高压直流输电特别地用于通过直流在远距离上进行能量传输，通常为大约750km以上的距离。但为此对于适合于高压的昂贵的变流器必须投入相对高的技术成本，因为发电厂内的电能几乎总是通过同步发电机作为频率为50Hz或60Hz的三相交变电流产生。当然，在一定的距离以上，尽管具有技术成本和附加的转换器损失，也导致与以三相交变电流传输相比在总和上更低的传输损失。在变流器中或静态无功功率补偿器中使用的高功率半导体元件，特别是晶闸管阀必须经受功率测试。所述功率测试在所谓的背对背连接中进行，其中整流器和逆变器处于“背对背”，即与另外的设备相对，其中如上所述在站之间经常具有大距离，在空间上几乎不相互分离，或通过合成的测试电路，即所构造的测试电路，在所述测试电路中可连接待测件且在所述测试电路中模拟待测件在实际运行中经受的电压和电流历程。由于目前的系统的不断升高的传输功率，测试所需的背对背测试装置当然必须相对大地定尺寸且对于相应的功率来设计。合成的测试电路例如从如下已知：如其例如由IEC60700-1，“Thyristorvalvesforhighvoltagedirectcurrent(HVDC)powertransmission,Part1:ElectricalTesting”,IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2008；由IEC61954,“Staticvarcompensator(SVC)–Testingofthyristorvalves”,IEC(InternationalElectrotechnicalCommission),Geneva,2011，和由IEEE(InstituteofElectricalandElectronicsEngineers),“IEEE857,GuideforTestingofThyristorValves”,IEEE,1996，所述合成的测试电路由于使用分别与待测件可连接(即通过相应的可控制的开关或阀与所述待测件连接)的分开的高电流和高电压回路则仅需要类似的背对背测试系统的1％至2％的设计尺寸。目前已知的合成的测试电路在此包括一个或多个LC振荡回路，以用于产生高电压，且此外包括高电流回路，所述高电流回路通过变压器从供电电网中获取其电流。在此，已知基于所谓“振荡回路/高电流”的略微不同的构思。本申请人的已知的构思使用由高压源驱动的空载路径(Freilaufpfad)，以用于与高电流叠加。另外的已知的系统使用其振荡回路以仅接通和关断待测件，而在高电流阶段中高电压利用辅助阀与待测件分离。在两个变体中，待测件的关断参数与接通参数相关且因此明显地限制了测试条件的调节。由于振荡回路的再充电与高电流回路的组合，实际的合成的测试电路与电网频率相关，即也与待测件相关，所述待测件随后在60Hz电网中运行，如果测试仅可能在50Hz下加载，则需要参数匹配。
技术实现思路
因此本专利技术的任务是，给出开头提到类型的测试电路和方法，所述测试电路和方法允许特别灵活地调节测试条件且特别地与电网频率无关地运行。此任务在测试电路方面根据本专利技术通过使高压源包括多个在第一系列内连接的电压换向的变流器模块来解决。本专利技术在此基于如下考虑，即，通过在测试期间使用更灵活的电压源可实现对于测试条件的特别灵活的调节。在此表明，特别地目前使用的基于电网换向的变流器(英语：Line-commutatedConverter，简称为LCC，电网换相换流器)的系统不具有所需的灵活性，因为其强制地与电网频率相关。与电网频率的不相关性通过如下给出，即，使用带有电压换向的换流器模块的自由可控制的高压源(英语：Voltage-SourceConverter，简称为VSC，电压源换流器)。下文中模块理解为包括具有电池的形式的直流电压源，所述直流电压源的在接头处的电压值可以通过利用控制电压来相应地控制同样包含在模块内的开关来改变。利用该模块可实现在实践中任意地(通过模块中的一个的电压的离散化)模拟用于待测的LCC阀的真实的运行电压历程。不再需要对于50Hz或60Hz应用的电压匹配。优选地，测试电路此外包括在第二系列内连接的多个电压换向的变流器模块，所述变流器模块与高电流变压器的初级侧可连接且其中高电流变压器的次级侧与高功率半导体元件可连接。由此，也可进行待测件的高电流测试。通过形成为带有三或更高的匝数比的高电流变压器，可将在初级侧上流动的电流放大多倍。通过以来自第二系列的电压换向的变流器模块的电压(所述电压当然也可自由控制)对高电流变压器进行控制，也可完全灵活地进行待测件的电流测试。有利地，第二系列的电流测试模块与第一系列串联连接。这实现了以所需电压将两个系列共同充电。在下文中描述的电压换向的变流器模块的结构优选地适用于电压换向的变流器模块的每个。电压换向的变流器模块优选相同地构造。优选地，各电压换向的变流器模块包括电容器和四个全桥连接的晶体管，即各两个晶体管在相同的方向上串联连接，在所述两个晶体管之间布置了外部接头，而所述串联连接的晶体管在相同的方向上相互并联连接且与电容器并联连接。以此得到了H类型的形式。优选地，各晶体管特别是每个晶体管是具有绝缘栅极的双极型晶体管。该双极型晶体管特别地适合于在此所建议的在高功率范围中的应用，因为所述双极型晶体管具有高的正向阻断电压(目前直至6.6kV)且可接通高电流(直至大约3kA)。各电压换向的变流器模块，优选地每个电压换向的变流器模块优选地设计为用于超过800V的额定电压和/或超过500A的额定电流。以此，避免了过大的模块数量。在更低的额定电压的情况中，为实现所需的超过50kV的用于测试的电压，则需要使用过多的模块。在有利的构造中，测试电路包括超过十个，优选地超过三十个电压换向的变流器模块。一方面通过各系列利用较高的数量可实现更高的总电压，另一方面在产生用于测试的电压曲线的情况下通过高数量可以实现更精细离散的电压阶跃。测试电路此外有利地包括电网供电的整流器，所述整流器与高压源可连接。通过此类整流器可为布置在系列内的电压换向的变流器模块或布置在所述变流器模块内的电容器充电。在此优选地，在整流器之前连接高压变压器，所述高压变压器优选地设计为用于超过25kV的输出电压。以此，可在高压源内简单地实现对于测试所需的电压。在测试电路中被测试的高功率半导体元件优选地是晶闸管，如其在特别地用于高压直流输电的电网换向的变流器内所使用的那样。在方法方面，任务通过用于测试高功率半导体元件的方法来解决，其中预先给定用于高功率半导体元件的高电压测试的测试过程电压曲线，且其中预先给定的测试过程电压曲线通过对于第一系列内的电压换向的变流器模块的控制来模拟。在此方法中，首先预先给定用于高功率半导体元件的高电压测试的测试过程电压曲线(测试计划)。在此，在待测件接通和关断时独立地正确地调节电压，且测试过程电压曲线也形成了在阻断本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高压直流输电的变流器内的高功率半导体元件(11)的测试电路(20)，所述测试电路包括带有用于高功率半导体元件(11)的接头(31)和能够与高功率半导体元件(11)连接的高压源(28)的高电压回路(22)，其中所述高压源(28)包括多个在第一系列(29)内连接的电压换向的变流器模块(16)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于高压直流输电的变流器内的高功率半导体元件(11)的测试电路(20)，所述测试电路包括带有用于高功率半导体元件(11)的接头(31)和能够与高功率半导体元件(11)连接的高压源(28)的高电压回路(22)，其中所述高压源(28)包括多个在第一系列(29)内连接的电压换向的变流器模块(16)。2.根据权利要求1所述的测试电路(20)，所述测试电路包括在第二系列(30)内连接的多个电压换向的变流器模块(16)，所述变流器模块能够与高电流变压器(9)的初级侧连接并且其中高电流变压器(9)的次级侧能够与高功率半导体元件(11)连接。3.根据权利要求2所述的测试电路(20)，其中第二系列(30)与第一系列(29)串联连接。4.根据前述权利要求中任一项所述的测试电路(20)，其中各电压换向的变流器模块(16)包括电容器(27)和四个全桥连接的晶体管(25)。5.根据权利要求4所述的测试电路(20)，其中各晶体管(25)是具有绝缘栅极的双极型晶体管(25)。6.根据前述权利要求中任一项所述的测试电路(20)，其中各电压换向的变流器模块(16)设计为用于超过800V的额定电压和/或超过...

【专利技术属性】
技术研发人员：C哈恩，M卢瑟，R纽伯特，M乌德尔，S米勒，A塞梅罗，C温德尔，T文德勒，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE