阅读说明：本技术 一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器 (Large-current high-voltage relay for high-power semiconductor test equipment ) 是由 李更生 肖秦梁 于庆 乔宇 于 2020-05-06 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器,由下述部分组成：高压绝缘盒内部设有空腔,电极短接排设置在空腔内,导电电极设置在高压绝缘盒两端,高压绝缘盒下端连接绝缘隔离块,绝缘隔离块下端连接线圈固定框,电磁铁线圈由线圈固定框包围固定,滑动铁芯设置在电磁铁线圈内,本发明高压绝缘盒内的回位弹簧外套有聚四氟套管,既满足了回位弹簧的弹力作用,又避免因金属弹簧而降低绝缘距离。本发明耐压超过15kV,导通直流电流可达100A,峰值单次正弦半波电流可达1000A。(The invention relates to a high-current high-voltage relay for high-power semiconductor test equipment, which consists of the following parts: the high-voltage insulation box is internally provided with a cavity, the electrode short-circuit row is arranged in the cavity, the conductive electrodes are arranged at two ends of the high-voltage insulation box, the lower end of the high-voltage insulation box is connected with the insulation isolation block, the lower end of the insulation isolation block is connected with the coil fixing frame, the electromagnet coil is surrounded and fixed by the coil fixing frame, and the sliding iron core is arranged in the electromagnet coil. The voltage resistance of the invention exceeds 15kV, the conduction direct current can reach 100A, and the peak value single sine half-wave current can reach 1000A.)

一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器

技术领域

本发明涉及电力半导体测试领域的一种大电流高压继电器，适用于高电压、大电流条件下的电路切断与闭合，可应用于大功率电力半导体器件高压测试电路中的档位切换，也可用于测试电路中高压电容的放电。具体涉及一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器。

背景技术

目前大功率半导体器件如高压输电晶闸管其额定电压已达到8500V以上，大功率IGBT其最高电压已达到6500V，在其应用和测试电路中经常需要高压电路的切换以及测试设备高压储能电容在设备关机时自动放电，但通常的10kV以下高压继电器基本上是干簧管继电器或陶瓷真空继电器，其干簧管通流能力一般为3A，陶瓷真空继电器一般最大为30A左右，无法满足大功率半导体器件测试设备的高压电路切换需要，当电流超过触点容量时往往造成触点粘连，引起设备故障甚至存在安全隐患。

发明内容

本发明的目的是设计一种可满足10kV直流电压，通流能力达到100A直流脉冲电流的一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器，以满足大功率电力半导体测试的需要，并可应用于其他电压电流等级相当的需要大电流切换的高压电路中。

本发明的技术解决方案如下：一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器，包括导电电极、高压绝缘盒、电极短接排、绝缘隔离块、下固定螺丝、线圈固定框、电磁铁线圈、滑动铁芯、顶杆、上回位弹簧、上固定螺丝，所述高压绝缘盒内部设有空腔，所述导电电极从高压绝缘盒内空腔顶部左右对称穿出固定在高压绝缘盒顶部，高压绝缘盒内部空腔内设有电极短接排，所述电极短接排两端设有触头与两个导电电极位置对应，电极短接排中部设有通孔，所述顶杆为柱状，顶部为圆台，顶杆穿过电极短接排的中部通孔，圆台顶在电极短接排表面，所述上回位弹簧上端固定于高压绝缘盒内部空腔顶部，下端顶在顶杆圆台顶部，绝缘隔离块设置在高压绝缘盒下方通过左右对称两个上固定螺丝连接，线圈固定框设置在绝缘隔离块下方通过左右对称两个下固定螺丝连接，电磁铁线圈由线圈固定框包围固定，电磁铁线圈内腔设有滑动铁芯，所述顶杆穿过绝缘隔离块顶在滑动铁芯上。

所述下固定螺丝上灌封绝缘密封胶。

电极短接排下设有平垫，所述顶杆设有卡簧槽，卡簧卡在卡簧槽內，下顶弹簧下端顶在卡簧上，下顶弹簧上端顶在平垫上。

所述高压绝缘盒外部上端两个导电电极之间设有纵向凸台。

所述上回位弹簧外设有聚四氟套管。

上固定螺丝与下固定螺丝在空间上相互错开。

本发明在电磁线圈得电时滑动磁芯推动顶杆运动使电极短接排向上紧顶在两个导电电极的触头上，此时继电器处于闭合状态。在电磁线圈失电时回位弹簧推动下电极短接排脱离两个导电电极，继电器处于断开状态。安装导电电极与电极短接排的高压绝缘盒通过绝缘隔离块与线圈固定框之间连接。高压绝缘盒内的回位弹簧外套有聚四氟套管，既满足了回位弹簧的弹力作用，又避免因金属弹簧而降低绝缘距离。本发明耐压超过15kV，导通直流电流可达100A，峰值单次正弦半波电流可达1000A，满足设计要求，目前本发明已应用于电力半导高压测试设备中，取得了很好的效果。

附图说明

图1是本发明的结构正视图

图2是本发明的结构侧视图

具体实施方式

1.本发明的工作原理

本发明的重点是通过电磁控制，既满足高压绝缘耐压同时实现大电流导通，其工作原理如下：

如图所示，一种用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器，包括导电电极1、锁紧螺母2、弹垫3、高压绝缘盒4、电极短接排5、绝缘隔离块6、绝缘密封胶7、下固定螺丝8、线圈固定框9、电磁铁线圈10、滑动铁芯11、顶杆12、卡簧13、下顶弹簧14、平垫15、聚四氟套管16、上回位弹簧17、上固定螺丝18，所述高压绝缘盒4内部设有空腔，所述导电电极1从高压绝缘盒4内空腔顶部一左一右对称穿出通过锁紧螺母2固定在高压绝缘盒4顶部，锁紧螺母2与高压绝缘盒4间设有弹垫3，高压绝缘盒4内部空腔内设有电极短接排5，所述电极短接排5两端设有触头与两个导电电极1位置对应，电极短接排5中部设有通孔，所述顶杆12为柱状，顶部为圆台，顶杆12穿过电极短接排5中部通孔，圆台顶在电极短接排5表面，所述上回位弹簧17上端固定于高压绝缘盒4内部空腔顶部，下端顶在顶杆12圆台顶部，电极短接排5下设有平垫15，所述顶杆12设有卡簧槽，卡簧槽内设有卡簧13，下顶弹簧14下端顶在卡簧13上，上端顶在平垫15上，绝缘隔离块6设置在高压绝缘盒4下方通过左右对称两个上固定螺丝18连接，线圈固定框9设置在绝缘隔离块6下方通过左右对称两个下固定螺丝8连接，电磁铁线圈10由线圈固定框9包围固定，电磁铁线圈10内腔设有滑动铁芯11，所述顶杆12穿过绝缘隔离块6顶在滑动铁芯11上。

在电磁铁线圈10失电情况下滑动铁芯11处于最下位，连接在顶杆12上的电极短接排5在上回位弹簧17的推力下与两个导电电极1脱离，此时继电器处于开路状态。

当电磁铁线圈10通电后滑动铁芯11在电磁力的作用下向上移动，推动顶杆12向上，电磁力克服上回位弹簧17的推力使电极短接排5向上运动并紧顶在两个导电电极1的触头上，此时继电器处于闭合状态。

为导通大电流，导电电极1和电极短接排5的触头为银铜合金触点，使接触电阻尽可能小；电极短接排5中间加工有通孔，顶杆12穿过该孔；在顶杆12上加工有卡簧槽，卡簧13卡在槽內，下顶弹簧14的下端顶在卡簧13上，上端顶在平垫15上，使电极短接排5被顶在顶杆12凸台处，由顶杆12向上推动电极短接排5与导电电极1接触，由于下顶弹簧14的弹性作用，可使电极短接排5摆动从而保证导电电极1的触头和电极短接排5触头之间自动找平，从而保证电极接触面最大。

2.设计要点

本设计要点在于高电压绝缘设计，为此采用以下解决方案：

在高压绝缘盒4上面两个导电电极1之间设计了纵向凸台，用以增加两个导电电极1外部之间的绝缘距离。

上回位弹簧17外套有聚四氟套管16组成绝缘弹簧组，从而既满足了上回位弹簧17的下顶回位作用，又避免因金属弹簧而降低的绝缘距离，可极大提高两个导电电极1内部空间的绝缘能力。

在高压绝缘盒4与线圈固定框9之间设计了一个绝缘隔离块6，通过上固定螺丝18将高压绝缘盒4与绝缘隔离块6两者连接到一起；通过下固定螺丝8将绝缘隔离块6与线圈固定框9两者连接到一起；绝缘隔离块6上连接上固定螺丝18的螺孔为盲孔，而上固定螺丝18与下固定螺丝8在空间上相互错开，从而保证了两个导电电极1与线圈固定框9之间的电气绝缘。

在下固定螺丝8上灌封绝缘密封胶7，增加高压绝缘盒4内部电极短接排5与线圈固定框9之间的绝缘能力。

3.实际试验结果

1)电流触点通流试验

导通持续100A直流，触点无发热粘连情况；施加底宽10ms、峰值为1000A的单次正弦半波电流，触点无烧蚀打火现象。

2)触点间绝缘耐压试验

导电电极1常开触点间绝缘耐压大于交流15kV，直流17kV。

导电电极1与线圈固定框9间绝缘耐压大于交流20kV，直流20kV。

导电电极1与电磁铁线圈10间绝缘耐压大于交流20kV，直流20kV。

4.结论

根据以上试验情况可以看到，本发明的用于大功率半导体测试设备的大电流高压继电器耐压超过15kV，导通直流电流可达100A，峰值单次正弦半波电流可达1000A，满足设计要求，目前本发明已应用于电力半导高压测试设备中，取得了很好的效果。