一种获取晶闸管脉冲功率开关组件通断状态的测试装置

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。

说明书

技术领域

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

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）、GTO（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（MOS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。

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：

（1）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；

（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。

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

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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高低电平信号。

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。

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。

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。

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。

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。

附图说明

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：

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；

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；

图3为根据本发明实施例的预处理电路的原理图；

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；

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；

图6为根据本发明实施例的整形与比较电路的原理图；

图7为根据本发明实施例的电光转换电路的原理图；

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

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。

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。

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。

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。

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。

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T1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R_T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P₁₀分别连接采样电阻R_L的两端，采样电阻R_L的端电压V_L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。

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。

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。

图3为根据本发明实施例的预处理电路的原理图。

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R_T的端电压信号并对端电压信号 进行预处理。其中，终端电阻R_T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。

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。

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R_T， 终端电阻R_T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R_T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A₂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+V_DC1，仪用运算放大器AP₁的第四管脚A₄脚接负电 源-V_DC1，仪用运算放大器AP₁的第五管脚A₅脚接地线GND1，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GND1，电容C₄₃的一端接地线GND1， 电容C₄₃的另一端接正电源+V_DC1，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-V_DC1，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GND1。

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 R_T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。

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。

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。

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。

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A₂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A₂脚和A₆脚之间，第一运算放大器AP₂的A₄脚接负电源-V_DC1，第一运算放大器AP₂的A₇脚接正电源+V_DC1，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-V_DC1，电容C₅₁的另一端接地线GND1，电容C₅₂的一端接正电源+V_DC1，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+V_DC1。跟随器AP₃的B₃脚接负电源-V_DC1，跟随器AP₃的输出脚 B₄接电阻R_E的一端，电阻R_E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-V_DC1，第 二运算放大器AP₄的C₇脚接正电源+V_DC1。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R_L并接在接线端子P₉和P₁₀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I_T，该电流信号I_T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=IT×RL）。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。

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。

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。

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。

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-V_DC1，差分运放芯片AP₂的第七管脚A₇脚接正电源 +V_DC1。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-V_DC1，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+V_DC1，跟随器AP₃的 B₃脚接负电源-V_DC1，跟随器AP₃的输出脚B₄接电阻R_E的一端，电阻R_E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-V_DC1，第二运算放大器AP₄的C₇脚接正电源+V_DC1。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R_L并接在接线端子P₉和P₁₀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I_T，电流信号I_T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V_L（V_L=I_T×R_L），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。

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OP07的单路运算放大器，或者型号为OP284 的双路运算放大器。

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。

图6为根据本发明实施例的整形与比较电路的原理图。

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R_L的端电压信号V_L，并根据采样电阻R_L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。

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。

如图6所示，整形与比较电路7的接线端子P₉和P₁₀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 R_L并接在接线端子P₉和P₁₀之间，接线端子P₁₀与地线GND1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GND1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GND1，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+V_DC1，第一比较器AP₅的A₈脚接正电 源+V_DC1，第二比较器AP₆的A₄脚接负电源-V_DC1，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V_ZT1。

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。

数据采集器12的输入端与采样电阻R_L的两端相连，用于接收采样电阻 R_L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。

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DI-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。

图7为根据本发明实施例的电光转换电路的原理图。

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。

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。

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GND1， 与门驱动电路AP₇的B₈脚接正电源+V_DC2，与门驱动电路AP₇的B₆脚与B₇脚短接 且与地线GND1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GND1，电容C₈₁的一端接正电源+V_DC2， 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+V_DC2，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V_ZT1转换为光信号，经由光缆9传输至 光电转换电路10。

在本发明的一个示例中，与门驱动电路的型号为SN75451，发送光纤头的 型号为HFBR-1412T。

图8为根据本发明实施例的光电转换电路的原理图。

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。

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。

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V_ZT1，接收光纤头 OP₂的A₂脚接正电源+V_DC3，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+V_DC3，接收光纤头OP₂的A₆脚接电阻R₁₀₁的一端，电阻R₁₀₁的另一端接正电源+V_DC3，电容C₁₀₁的一端与接收光纤头OP₂的 A₆脚相连，电容C₁₀₁的另一端接地线GND2，电容C₁₀₂的一端接正电源+V_DC3，电 容C₁₀₂的另一端接地线GND2，输出接线端子P₁₃接光电转换电路10的A₆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V_ZT2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。

在本发明的一个示例中，接收光纤头的型号为HFBR-2412T。

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。

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。

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：

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R_T的端电压信号V_T，传输给预处理电路4。由预处理电路4对该端电压信 号V_T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V_T转换为电流信号I_T，经 由第二双芯屏蔽双绞线缆6传输到采样电阻R_L，所获得的端电压V_L（V_L=I_T×R_L）， 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V_L，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。

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V_R1和V_R2的大小关系以及晶闸管组件T1和T2的不同状态小 结如下：

（1）在V_R1>V_R2时，当满足条件V_LIN<V_R2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）；

（2）在V_R1>V_R2时，当满足条件V_LIN>V_R1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）；

（3）在V_R1>V_R2时，当满足条件>V_R1V_LIN>V_R2时，即比较电路输出高电平， 表示晶闸管组件正常状态。

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 V_ZT2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。

需要提醒的是，参考电压V_R1和V_R2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V_R1和V_R2的差值为0.1V-0.2V之间。

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。

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：

（1）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。

（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。

（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。

（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。

（5）该测试装置采用模块化设计，易于扩展，便于操作。

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。

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。

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。