Способ и устройство для тестирования блока питания

Способ и устройство для тестирования блока питания

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способу тестирования блока питания и, более конкретно, к способу тестирования для контроля надлежащего состояния изоляции блока питания. Изобретение особенно применимо для тестирования блоков питания бортовых силовых преобразователей на железнодорожных транспортных средствах. Изобретение также относится к устройству для осуществления способа тестирования по изобретению.

Стандарт 1287-1 Международной электротехнической комиссии (МЭК) описывает способ тестирования бортовых силовых преобразователей на железнодорожных транспортных средствах, целью которого является контроль надлежащего состояния изоляции полностью собранного преобразователя. Согласно этому способу основные выводы преобразователя и коллекторы, эмиттеры и управляющие электроды, контролирующие все полупроводниковые компоненты, соединяют между собой. Затем измеряют уровень частичных разрядов при приложении переменного напряжения или постоянного напряжения между соединенными выводами и металлическим основанием, поддерживающим диэлектрическую подложку, несущую компоненты блока питания.

Этот тип способа тестирования имеет недостаток, заключающийся в том, что с его использованием тестируют только изоляцию в виде подложки, которая представляет только часть диэлектрического пакета, используемого в блоке питания, при этом изоляция, связанная, например, с герметизирующей и изолирующей оболочкой компонентов, не тестируется.

Целью настоящего изобретения, таким образом, является предложение простого и экономичного способа тестирования блока питания, способного обнаруживать проблемы частичного разряда в диэлектрическом геле, покрывающем силовые компоненты, между силовыми выводами или на границах раздела между различными диэлектрическими материалами.

С этой целью согласно одному из аспектов настоящего изобретения предложен способ тестирования изоляции блока (1) питания, включающего в себя, по меньшей мере, один силовой компонент (3) на диэлектрической подложке (5), причем этот силовой компонент (3) содержит управляющий электрод (затвор) (12), эмиттер (11) и коллектор (10), и диод (4), соединенный встречно-параллельно с упомянутым силовым компонентом (3), причем этим способом измеряют частичные разряды, возникающие между эмиттером (11) и коллектором (10), при этом способ включает в себя следующие стадии: электрически соединяют коллектор (10) блока (1) питания посредством первой цепи (13) с первым выводом (31) устройства (30) тестирования; электрически соединяют эмиттер (11) блока (1) питания посредством второй цепи (14) со вторым выводом (32) устройства (30) тестирования; подсоединяют между первым и вторым выводами (31) и (32) источник (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, при этом воспринимаемое блоком (1) питания напряжение V_тест между первым и вторым выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, так что диод (4) никогда не проводит ток; поддерживают силовой компонент (3) в выключенном состоянии в ходе тестирования посредством источника (15) постоянного напряжения, подсоединенного между управляющим электродом (12) и эмиттером (11); и когда все эти условия подачи электропитания удовлетворены, измеряют частичные разряды между первым и вторым выводами (31) и (32) посредством измерительного прибора (21).

С той же самой целью согласно другому из аспектов настоящего изобретения предложен способ тестирования изоляции блока (1) питания, включающего в себя множество силовых компонентов (3) на диэлектрической подложке (5), причем каждый силовой компонент (3) содержит управляющий электрод (12), эмиттер (11) и коллектор (10), при этом управляющие электроды (12) силовых компонентов (3) соединены между собой с образованием общего электродного вывода (12'), и множество диодов (4), причем каждый диод (4) соединен встречно-параллельно с одним из упомянутых силовых компонентов (3), причем этим способом измеряют частичные разряды, возникающие между эмиттерами (11) и коллекторами (10), при этом способ включает в себя следующие стадии: электрически соединяют между собой коллекторы (10) блока (1) питания посредством первой цепи (13), которую соединяют с первым выводом (31) устройства (30) тестирования; электрически соединяют между собой эмиттеры (11) блока (1) питания посредством второй цепи (14), которую соединяют со вторым выводом (32) устройства (30) тестирования; подсоединяют между первым и вторым выводами (31) и (32) источник (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, при этом воспринимаемое блоком (1) питания напряжение V_тест между первым и вторым выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, так что диоды (4) никогда не проводят ток; поддерживают силовые компоненты (3) в выключенном состоянии в ходе тестирования посредством источника (15) постоянного напряжения, подсоединенного между общим электродным выводом (12') и эмиттерами (11); и когда все эти условия подачи электропитания удовлетворены, измеряют частичные разряды между первым и вторым выводами (31) и (32) посредством измерительного прибора (21).

Согласно предпочтительному признаку изобретения силовой(ые) компонент(ы) представляет(ют) собой биполярный(е) транзистор(ы) с изолированным управляющим электродом (IGBT).

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения также предлагается устройство тестирования блока питания, пригодное для осуществления описанных выше вариантов способа, отличающееся тем, что оно включает в себя два вывода (31, 32), выполненных с возможностью подсоединения к источнику (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, и измерительный прибор (21) для измерения частичных разрядов между двумя этими выводами (31) и (32), а также тем, что напряжение V_тест между выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, при этом выводы (31) и (32) подачи электропитания соединены соответственно с первой цепью (13) для соединения между собой различных коллекторов (10) блока (1) питания и второй цепью (14) для соединения между собой различных эмиттеров (11) блока (1) питания.

Согласно предпочтительному признаку изобретения два вывода (31) и (32) выполнены с возможностью подсоединения к источнику (34) постоянного напряжения последовательно с источником (33) переменного напряжения.

Согласно другому предпочтительному признаку изобретения два вывода (31) и (32) выполнены с возможностью подсоединения к источнику (34) постоянного напряжения параллельно с источником (33) переменного напряжения.

Упомянутые выше цели, аспекты и преимущества настоящего изобретения станут лучше понятны при ознакомлении с нижеследующим описанием конкретных вариантов реализации изобретения, приведенных в виде не вносящего ограничений примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематический вид блока питания, тестируемого способом, соответствующим стандарту 1287-1 МЭК;

фиг.2 изображает схематически и в отдельности силовой элемент блока питания, показанного на фиг.1, в виде IGBT;

фиг.3 изображает схематический вид блока питания, показанного на фиг.1, тестируемого посредством устройства тестирования в соответствии с первым вариантом реализации настоящего изобретения;

фиг.4 изображает схематический вид блока питания, показанного на фиг.1, тестируемого посредством устройства тестирования в соответствии со вторым вариантом реализации настоящего изобретения.

Для облегчения рассмотрения чертежей на них показаны только те конструктивные элементы, которые необходимы для лучшего понимания изобретения. Одинаковые конструктивные элементы обозначены на разных фигурах одинаковыми ссылочными номерами.

На фиг.1 показан блок (1) питания для бортового силового преобразователя железнодорожного транспортного средства, тестируемый согласно известному способу, соответствующему стандарту 1287-1 МЭК.

Тестируемый блок (1) питания включает в себя три силовых элемента (2), электрически соединенных параллельно и находящихся на носителе в виде металлического основания (8). Каждый силовой элемент (2), показанный отдельно и более подробно на фиг.2, включает в себя диэлектрическую подложку (5), которая несет биполярный транзистор (3) с изолированным управляющим электродом (12) (IGBT) и соответствующий диод (4), подсоединенный встречно-параллельно, причем диод (4) обеспечивает реверсивность тока в блоке (1). IGBT-транзистор (3) и диоды (4) традиционно покрыты диэлектрическим гелем.

Каждый IGBT-транзистор (3) имеет коллектор (10), эмиттер (11) и обычный управляющий электрод (12) для его включения и выключения. Управляющие электроды (12) трех IGBT-транзисторов (3) соединены между собой с образованием общего электродного вывода (12'), расположенного в стороне (или сбоку) на блоке (1) питания, показанном на фиг.1, для контроля состояния (включены или выключены) трех IGBT-транзисторов (3).

Согласно способу тестирования, соответствующему стандарту 1287-1 МЭК, все соединения блока (1) питания, а именно, коллекторов (10), эмиттеров (11) и общего электродного вывода (12') управляющих электродов (12) соединяют между собой первой цепью (6). Затем прилагают напряжение устройством (20) тестирования между первой цепью (6) и второй цепью (7), находящейся в контакте с металлическим основанием (8). В показанном примере устройство (20) подает переменное напряжение. Одновременно измеряют уровень разряда между первой цепью (6) и второй цепью (7) при помощи измерительного прибора (21). Этот тип способа тестирования имеет недостаток, заключающийся в том, что с его использованием тестируют только изоляцию, связанную с диэлектрическими подложками (5).

На фиг.3 показан блок (1) питания, показанный на фиг.1, тестируемый с помощью одного конкретного варианта реализации способа тестирования по изобретению. На этой фигуре коллекторы (10) в блоке (1) питания электрически соединяют между собой первой цепью (13), которую соединяют с первым выводом 31 устройства 30 тестирования. Эмиттеры (11) в блоке (1) питания электрически соединяют между собой второй цепью (14), которую соединяют со вторым выводом (32) устройства (30) тестирования, причем последнее содержит между двумя выводами (31) и (32) источник (33) переменного напряжения, соединенный последовательно с источником (34) постоянного напряжения. Значения напряжений источника (33) переменного напряжения и источника (34) постоянного напряжения таковы, что напряжение V_тест между выводами (31) и (32) постоянно соответствуют условию V_тест>0, и, таким образом, блок питания тестируют переменным напряжением, которое никогда не бывает отрицательным; это предотвращает проводимость диодов (4), что делало бы невозможным измерение частичных разрядов. При помощи второго источника (15) постоянного напряжения прилагают постоянное напряжение между электродным выводом (12') управляющих электродов и эмиттерами (11), которые соединены между собой второй цепью (14), для выключения IGBT-транзисторов (3) трех силовых элементов (2) блока (1) питания. Когда все эти условия подачи электропитания удовлетворены, измеряют частичные разряды между первой цепью (13) и второй цепью (14) при помощи обычного измерительного прибора (21).

На фиг.4 показан другой вариант реализации устройства 30 тестирования, отличающийся от показанного на фиг.3 варианта этого устройства тем, что источник (34) постоянного напряжения подключен параллельно источнику (33) переменного напряжения между выводами (31) и (32), причем эти источники (33) и (34) настроены так, что напряжение V_тест между выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0. В этом варианте измерительный прибор (21) для измерения частичных разрядов подключен между выводом (32) устройства (30) тестирования и второй цепью (14), которая соединена с эмиттерами (11) блока питания. Вывод (31) по-прежнему соединен непосредственно с первой цепью (13), и способ тестирования остается неизменным по сравнению с описанным со ссылками на фиг.3.

Этот тип способа тестирования имеет преимущество, состоящее в возможности обнаружения частичных разрядов через герметизирующую и изолирующую оболочку силовых компонентов. Следовательно, способ тестирования по изобретению позволяет обнаруживать частичные разряды в диэлектрическом геле между токоподводящими проводниками эмиттера и металлизацией коллектора, между силовыми выводами или на границе раздела между разными диэлектрическими материалами, например, на границе между гелем и эпоксидной смолой.

Кроме того, этот способ тестирования имеет преимущество, состоящее в измерении частичных разрядов в условиях, близких к тем, которые встречаются в ходе реального использования блока питания.

Этот тип способа тестирования, который остается очень простым в осуществлении, может преимущественно использоваться для текущего контроля изменения во времени характеристических параметров блока питания с целью выполнения заблаговременного текущего ремонта.

Конечно, изобретение никоим образом не ограничено описанными и показанными вариантами его реализации, которые даны только для примера. Оно может быть модифицировано, в частности, с точки зрения природы разных компонентов или посредством замены техническими эквивалентами без отхода от объема защиты, предоставляемого изобретению.

1. Способ тестирования изоляции блока (1) питания, включающего в себя, по меньшей мере, один силовой компонент (3) на диэлектрической подложке (5), причем этот силовой компонент (3) содержит управляющий электрод (12), эмиттер (11) и коллектор (10), диод (4), соединенный встречно-параллельно с упомянутым силовым компонентом (3), причем этим способом измеряют частичные разряды, возникающие между эмиттером (11) и коллектором (10), при этом способ включает в себя следующие стадии: электрически соединяют коллектор (10) блока (1) питания посредством первой цепи (13) с первым выводом (31) устройства (30) тестирования; электрически соединяют эмиттер (11) блока (1) питания посредством второй цепи (14) со вторым выводом (32) устройства (30) тестирования; подсоединяют между первым и вторым выводами (31) и (32) источник (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, при этом воспринимаемое блоком (1) питания напряжение V_тест между первым и вторым выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, так что диод (4) никогда не проводит ток; поддерживают силовой компонент (3) в выключенном состоянии в ходе тестирования посредством источника (15) постоянного напряжения, подсоединенного между управляющим электродом (12) и эмиттером (11); и, когда все эти условия подачи электропитания удовлетворены, измеряют частичные разряды между первым и вторым выводами (31) и (32) посредством измерительного прибора (21).

2. Способ по п.1, в котором упомянутый силовой компонент (3) представляет собой биполярный транзистор с изолированным управляющим электродом (IGBT).

3. Способ тестирования изоляции блока (1) питания, включающего в себя множество силовых компонентов (3) на диэлектрической подложке (5), причем каждый силовой компонент (3) содержит управляющий электрод (12), эмиттер (11) и коллектор (10), при этом управляющие электроды (12) силовых компонентов (3) соединены между собой с образованием общего электродного вывода (12'), диодов (4), причем каждый диод (4) соединен встречно-параллельно с одним из упомянутых силовых компонентов (3), причем этим способом измеряют частичные разряды, возникающие между эмиттерами (11) и коллекторами (10), при этом способ включает в себя следующие стадии: электрически соединяют между собой коллекторы (10) блока (1) питания посредством первой цепи (13), которую соединяют с первым выводом (31) устройства (30)тестирования; электрически соединяют между собой эмиттеры (11) блока (1) питания посредством второй цепи (14), которую соединяют со вторым выводом (32) устройства (30) тестирования; подсоединяют между первым и вторым выводами (31) и (32) источник (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, при этом воспринимаемое блоком (1) питания напряжение V_тест между первым и вторым выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, так что диоды (4) никогда не проводят ток; поддерживают силовые компоненты (3) в выключенном состоянии в ходе тестирования посредством источника (15) постоянного напряжения, подсоединенного между общим электродным выводом (12') и эмиттерами (11); и, когда все эти условия подачи электропитания удовлетворены, измеряют частичные разряды между первым и вторым выводами (31) и (32) посредством измерительного прибора (21).

4. Способ по п.3, в котором упомянутые силовые компоненты (3) представляют собой биполярные транзисторы с изолированным управляющим электродом (IGBT).

5. Устройство тестирования блока (1) питания для осуществления способа по любому из пп.1-4, отличающееся тем, что оно содержит два вывода (31, 32), выполненных с возможностью подсоединения к источнику (33) переменного напряжения параллельно или последовательно с источником (34) постоянного напряжения, и измерительный прибор (21) для измерения частичных разрядов между этими двумя выводами (31, 32), а также тем, что напряжение V_тест между выводами (31) и (32) постоянно удовлетворяет условию V_тест>0, при этом упомянутые выводы (31, 32) подачи электропитания соединены, соответственно, с первой цепью (13) для соединения между собой разных коллекторов (10) блока (1) питания и со второй цепью (14) для соединения между собой разных эмиттеров (11) блока (1) питания.

6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что два вывода (31, 32) выполнены с возможностью подсоединения к источнику (34) постоянного напряжения последовательно с источником (33) переменного напряжения.

7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что два вывода (31, 32) выполнены с возможностью подсоединения к источнику (34) постоянного напряжения параллельно с источником (33) переменного напряжения.