本技术属于mosfet特性评估领域，更具体地，涉及一种直流断路器下sic mosfet特性评估装置及方法。
背景技术：
1、近年来，以风电、光伏等可再生能源为主的柔性直流输电以及直流电网得到迅猛发展。但是，当系统发生故障时，由于直流电网的低阻抗特性，电路中的故障电流会在短时间内急剧上升，在严重的情况下，甚至可能直接导致整个电网故障失效。直流断路器(dccircuit breaker，dccb)能够在数毫秒内分断强短路电流，具有可靠、快速切断直流故障电流的能力，是直流电网中的关键设备。sic mosfet(是一种用碳化硅sic材料制成的金属氧化物半导体场效应晶体管mosfet)可用于构建dccb，与硅相比，sic mosfet具有更高的击穿场强、更宽的带隙宽度。此外，它在导热性和熔点方面也具有优势，适用于高温场景，应用sic mosfet构建dccb是一个理想的选择。然而，将sic mosfet应用于构建dccb之前，需要对器件的可靠性及特性进行实验评估测试。目前，研究sic mosfet器件可靠性及特性评估的主要方法是加速功率循环试验。通过常规的功率循环实验，可以确定sic mosfet芯片的老化特性和失效机制，也可以讨论与sic mosfet封装相关的失效原因。然而，这种测试方法并没有考虑到直流断路器这样一个短时间内关断数倍额定电流的特殊任务剖面。不同的任务剖面都有其对应的不同的特定工作工况，对于直流断路器这样一个特定工况也应有其特定的测试装置和测量方法。因此，将sic mosfet应用于构建dccb，需要搭建直流断路器下sicmosfet特性评估装置并提出对应的测试方法，从而对sic mosfet在直流断路器工况下的可靠性和特性进行评估和测试。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种直流断路器下sic mosfet特性评估装置及方法，旨在解决现有sic mosfet器件可靠性及特性评估，并没有考虑基于直流断路器需要一个短时间内关断数倍额定电流的特殊任务剖面，导致sic mosfet应用于断路器中对应的测试方法空白的问题。
2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种直流断路器下sic mosfet特性评估装置，其中，sic mosfet用于构建直流断路器，包括：外部可调电压源、开关、rlc功率回路、rcd缓冲电路、mov钳位电路和驱动控制器；
3、rlc功率回路、rcd缓冲电路和mov钳位电路并联；驱动控制器与sic mosfet相连；sic mosfet串联在rlc功率回路中；开关设置在外部可调电压源与rlc功率回路中电容器构成的回路中；
4、外部可调电压源用于提供不同的预设电压值，对rlc功率回路中的电容器进行充电；驱动控制器用于在对电容器充电前控制sic mosfet关断，当对电容器充电结束后控制sic mosfet导通；rlc功率回路中的电容器用于通过放电使得rlc功率回路中的短路电流上升；驱动控制器用于当短路电流达到当前预设电压值下的最大值时，控制sic mosfet关断；
5、rcd缓冲电路用于当sic mosfet关断后，通过电流转移，抑制sic mosfet暂态的电压超调；mov钳位电路用于基于当其两端电压达到工作电压时，电阻值变小呈导通状态，吸收rlc功率回路中的能量，且用于将sic mosfet两端电压钳位在钳位值。
6、进一步优选地，直流断路器下sic mosfet特性评估装置用于对sic mosfet分别进行直流断路器下的短时间尺度特性评估测试和长时间尺度特性评估测试；
7、短时间尺度特性评估测试为通过改变外部可调电压源的预设电压值以达到改变短路电流最大值的目的，对sic mosfet进行不同故障电流下的单次关断测试，获取单次最大可关断电流值；其中，将当前预设电压值下短路电流的最大值作为故障电流；
8、长时间尺度特性评估测试为将外部可调电压源的预设电压值固定为单次最大可关断电流值的90％～95％所对应的外部可调电压源的预设电压值，间隔预设时间间隔，对sic mosfet进行直流断路器下长时间尺度重复关断测试。
9、进一步优选地，驱动控制器为fpga开发板。
10、第二方面，本技术基于上述直流断路器下sic mosfet特性评估装置，提供了相应的直流断路器下sic mosfet特性评估方法，具体包括以下步骤：
11、步骤一：通过改变外部可调电压源的预设电压值以达到改变短路电流最大值的目的，对sic mosfet在直流断路器下进行不同故障电流下的单次关断测试，获取sic mosfet能够承受的单次最大可关断电流值以及sic mosfet在直流断路器下的短时间尺度单次关断特性评价结果；其中，将当前预设电压值下短路电流的最大值作为故障电流；
12、步骤二：将外部可调电压源的预设电压值固定为单次最大可关断电流值的预设比例所对应的外部可调电压源的预设电压值，间隔预设时间间隔，对sic mosfet在直流断路器下进行长时间尺度重复关断测试，直至sic mosfet失效，获取长时间尺度下的安全运行边界，同时对不同测试次数下sic mosfet的特性进行对比评估，得到sic mosfet在直流断路器下的长时间尺度重复关断特性评价结果；其中，长时间尺度下的安全运行边界为sicmosfet能够承受的长时间尺度重复关断测试次数。
13、进一步优选地，对sic mosfet在直流断路器下进行关断测试，具体包括以下步骤：
14、在0～t1时刻，闭合开关，通过外部可调电压源对电容器进行充电，t1时刻完成充电；
15、在t1～t2时刻，断开开关，采用驱动控制器输出驱动信号使sic mosfet导通，进而使rlc功率回路导通，通过电容器放电，使rlc功率回路中的短路电流呈线性上升；在t2时刻，rlc功率回路中的短路电流达到最大值，通过驱动控制器关断sic mosfet；
16、在t2～t3时刻，采用mov钳位电路让sic mosfet两端的过冲电压钳位到钳位电压；当mov钳位电路中的电流在t3时刻变为零时，则完成对sic mosfet在直流断路器下的一次关断测试；
17、其中，在t3时刻后，更换预设电压值或设置固定预设电压值重新对电容器进行充电，重复若干次，分别获取sic mosfet在直流断路器下的短时间尺度单次关断特性评价结果和长时间尺度重复关断特性评价结果。
18、进一步优选地，步骤一中外部可调电压源的预设电压值从10v起始，以10v为迭代间隔逐步增加，随着预设电压值的不断增大，短路电流最大值逐步增大，直至短路电流最大值超过sic mosfet短时间尺度下的安全边界，sic mosfet关断失败；其中，sic mosfet短时间尺度下的安全边界为sic mosfet能够承受的单次最大可关断电流值。
19、进一步优选地，选取多支sic mosfet重复步骤一，获取sic mosfet在直流断路器下的短时间尺度单次关断特性评价结果。
20、进一步优选地，步骤二中sic mosfet的特性包括直流断路器关断时间、sicmosfet漏极漏电流、sic mosfet栅极阈值电压和sic mosfet导通电阻。
21、进一步优选地，步骤二中将外部可调电压源的预设电压值固定为单次最大可关断电流值的90％～95％所对应的外部可调电压源的预设电压值。
22、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
23、本技术基于sic mosfet良好的性能使得该种功率半导体器件适用于用来搭建直流断路器，为了评估sic mosfet在直流断路器这种工况下的运行特性，搭建了完备的直流断路器下sic mosfet特性评估装置，该装置基于rlc充放电电路，并充分考虑了rcd缓冲电路和mov钳位电路，以达到转移故障电流和吸收系统剩余能量的目的，搭建的特性评估装置能够完整模拟sic mosfet这种器件在直流断路器任务剖面下的运行特性，为其在直流断路器中安全可靠运行奠定基础。
24、基于本技术提供的直流断路器下sic mosfet特性评估装置，能够从短时间尺度测试方法和长时间尺度测试方法两个维度对sic mosfet进行特性评估测试，短时间尺度测试方法可以确定器件所受应力与最大安全边界之间的安全性问题，长时间尺度测试方法能够确定器件长时间老化失效的可靠性问题，结合短时间尺度测试结果和长时间尺度测试结果能得到直流断路器下sic mosfet特性评估测试结果，提出的评估测试方法具有良好的实际应用效果。