專利名稱：晶閘管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型為教學(xué)實(shí)驗(yàn)用晶閘管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀。
晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件，近年來(lái)發(fā)展迅速，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。由于它的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷擴(kuò)大，目前已形成了一門(mén)新型學(xué)科——電力電子學(xué)。根據(jù)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和高等院校培養(yǎng)人才的需要，已將電力電子器件課列為一門(mén)重要課程開(kāi)設(shè)多年。這門(mén)課程講述晶閘管等各種大功率半導(dǎo)體器件的內(nèi)部機(jī)理、外部特性(靜態(tài)與動(dòng)態(tài)特性)及其測(cè)量方法等等。晶閘管的動(dòng)態(tài)特性是一種重要的特性(如開(kāi)通特性、關(guān)斷特性等)，特別是對(duì)于工作在高頻場(chǎng)合的器件更顯得重要。然而，當(dāng)前開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)通常只有靜態(tài)特性的測(cè)量，而動(dòng)態(tài)特性測(cè)量一直難以開(kāi)設(shè)。當(dāng)今我國(guó)一些制造廠關(guān)于動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量設(shè)備一般為自己研制，每臺(tái)設(shè)備通常只能測(cè)量一個(gè)參數(shù)，如開(kāi)通時(shí)間測(cè)量、關(guān)斷時(shí)間測(cè)量等，這些設(shè)備的成本高、體積大，難以滿足教學(xué)實(shí)驗(yàn)的需要。即使這樣的測(cè)試設(shè)備，也沒(méi)有專門(mén)生產(chǎn)，難以購(gòu)置。由于長(zhǎng)期不能開(kāi)設(shè)動(dòng)態(tài)特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)，對(duì)教學(xué)效果帶來(lái)不利影響。
本實(shí)用新型的目的在于設(shè)計(jì)一種性能良好的晶閘管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀，以滿足實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要。該測(cè)試儀測(cè)量范圍廣，價(jià)格低，結(jié)構(gòu)合理。
本實(shí)用新型的技術(shù)方案是利用可調(diào)恒流源電路對(duì)被測(cè)器件Th提供所需要的恒定通態(tài)電流，見(jiàn)附圖2，以保證被測(cè)器件可靠導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)S1合閘，恒流源輸出管BJT工作在放大狀態(tài)，開(kāi)關(guān)S2合閘，被測(cè)器件經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通，流過(guò)由BJT控制的通態(tài)電流。當(dāng)被測(cè)器件導(dǎo)通一定時(shí)間后，開(kāi)關(guān)S3合閘，對(duì)被測(cè)器件加以反向電壓，通態(tài)電流將以一定的下降率－di／dt減小并反向，流過(guò)反向電流，直至恢復(fù)反向阻斷狀態(tài)。此后，在適當(dāng)時(shí)刻使開(kāi)關(guān)S4接通，被測(cè)器件加以具有一定du／dt的正向電壓。所有開(kāi)關(guān)的通斷采用同步脈沖延時(shí)控制，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換的功能。利用雙蹤示波器觀察被測(cè)器件的電流、電壓波形，即可測(cè)量所需要的動(dòng)態(tài)參數(shù)。


圖1本實(shí)用新型系統(tǒng)框圖；圖2電源的切換；圖3脈沖形成電路；圖4恒流源控制電路；圖5門(mén)控電路與同步脈沖延時(shí)電路；圖6延時(shí)控制電路；圖7反向電壓控制與－di／dt電路；圖8重加斷態(tài)電壓控制與du／dt電路。
參照
實(shí)施例如圖3所示，利用TC4572組成同步脈沖形成電路。將工頻電壓經(jīng)全波整流后加到TC4572輸入端，幅值小于10V。經(jīng)脈沖整形、延時(shí)調(diào)節(jié)等得到前后沿均很好的方波脈沖。再經(jīng)過(guò)功放后即可獲得所需要的方波脈沖。改變電阻Rp1，使脈沖在0.5ms～3ms范圍內(nèi)移相，改變電阻Rp2，使脈寬在0.3ms～5ms間可調(diào)。輸出脈沖幅值為10V。
同步脈沖信號(hào)首先控制恒流源和門(mén)控電路工作。同步脈沖到來(lái)時(shí)，輸出管BJT工作，處于放大狀態(tài)，使主電路電源加于被測(cè)器件Th上。恒流源電路采用兩級(jí)復(fù)合管做推動(dòng)級(jí)，以提高控制靈敏度。如圖4所示，改變電阻RI1和RI2可調(diào)節(jié)恒流源的輸出電流，以獲得需要的被測(cè)器件通態(tài)電流。如圖5所示，加于門(mén)控電路的同步脈沖經(jīng)運(yùn)放A0、電阻Rg0、電容Cg0、穩(wěn)壓管DW0和晶體管BG0延時(shí)后獲得的，該脈沖同時(shí)送至延時(shí)電路的輸入端，該延時(shí)電路由運(yùn)放A1、電阻Rg、電容Cg、穩(wěn)壓管DW1和晶體管BG1組成，運(yùn)放A1工作，輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)BG1導(dǎo)通，將加于門(mén)控電路的延時(shí)同步脈沖封鎖，即得到窄脈沖輸出。Rg＝12KΩ，Cg＝3000PF時(shí)，脈寬為36μs。為防止主電路對(duì)控制電路的影響，在恒流源電路和門(mén)控電路的輸入端均設(shè)置了光電耦合器LED，為滿足一定功率要求，光電耦合器選用GD05。
如圖6所示，延時(shí)控制電路由運(yùn)放A1、A2、A3與A4和相應(yīng)的電阻電容組成。為增加延時(shí)的可靠性，簡(jiǎn)化電源，運(yùn)放A1與A2共用單電源雙運(yùn)放放大器LM358，不需要外部調(diào)零，使用方便。運(yùn)放A3只用LM358的一半，運(yùn)放A4選用F007即可。同步脈沖經(jīng)Rd1、Cd1和Rd2、Cd2兩級(jí)延時(shí)，達(dá)到所需要的延時(shí)。電阻Rd1選用阻值為4KΩ的電位器，Cd1＝0.02μF，Rd2＝65KΩ，Cd2＝3600PF時(shí)，改變電阻Rd1延時(shí)調(diào)至0.35ms。經(jīng)延時(shí)的脈沖P1送至－di／dt電路。經(jīng)運(yùn)放A2及電阻Rd1、電容Cd1延時(shí)后的脈沖，再經(jīng)運(yùn)放A4及電阻Rd3、電容Cd3做進(jìn)一步延時(shí)，Rd3由150KΩ電位器與1KΩ電阻串聯(lián)，Cd3＝3700PF，延時(shí)可達(dá)0.3ms。改變電阻Rd3延時(shí)在2μs～0.3ms間可調(diào)。該延時(shí)電路的輸入脈沖加到運(yùn)放A4的反向端，以獲得反向的延時(shí)脈沖P3。脈沖P2送至du／dt電路。
如圖7和圖8所示，－di／dt電路和du／dt電路的工作由功率MOSFET控制。功率MOSFET選用增強(qiáng)型器件，漏源電流受控于柵偏電壓。脈沖F1經(jīng)放大后加到－di／dt電路功率MOSFET的柵極，使其導(dǎo)通，即可對(duì)被測(cè)器件加以反向電壓，通態(tài)電流按一定的－di／dt減小。脈沖P2加到du／dt電路功率MOSFET的柵極，使其由導(dǎo)通變?yōu)榻刂?，?duì)被測(cè)器件加以具有一定du／dt的正向電壓。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)1.整機(jī)裝置耗電小(約25W)，體積小(為400×350×250mm3)，重量輕(小于15Kg)，便于攜帶。
2.只要將恒流源輸出管容量增加，－di／dt電路功率MOSFET多并聯(lián)幾路，即可對(duì)較大容量被測(cè)器件進(jìn)行測(cè)量。
3.在－di／dt電路和du／dt電路與主電路間分別設(shè)置手動(dòng)開(kāi)關(guān)Si和Su，就能夠分別測(cè)試不同條件下被測(cè)器件的導(dǎo)通和反向恢復(fù)等諸動(dòng)態(tài)特性。
4.在不接被測(cè)器件Th和du／dt電路不工作時(shí)，將電路的陽(yáng)極和陰極接線端子短接，能夠測(cè)試二極管的反向恢復(fù)特性。
5.配用SR－8雙蹤示波器，可對(duì)Kp5晶閘管和Zp5二極管進(jìn)行實(shí)測(cè)，工作穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.一種晶閘管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀由同步脈沖對(duì)恒流源電路、門(mén)控電路、-di/dt電路和du/dt電路進(jìn)行延時(shí)控制，其特征是(1)同步脈沖由TC4572組成，工頻正弦波電壓經(jīng)全波整流后加到脈沖形成電路，經(jīng)脈沖整形、放大后獲得幅值10V的方波脈沖，移相0.5ms～3ms可調(diào)，脈寬0.3ms～5ms可調(diào)，同步脈沖直接控制恒流源工作，改變電阻RI1和RI2可調(diào)節(jié)恒流輸出電流，在0～10A間可調(diào)，同步脈沖經(jīng)運(yùn)放A0、電阻Rg0、電容Cg0、穩(wěn)壓管DW0、晶體管BG0產(chǎn)生0.1ms延時(shí)后再控制門(mén)控電路工作，經(jīng)運(yùn)放A1、電阻Rg、電容Cg、穩(wěn)壓管DW1和晶體管BG1組成的延時(shí)電路使門(mén)控電路產(chǎn)生窄脈沖，觸發(fā)被測(cè)器件導(dǎo)通，同步脈沖經(jīng)延時(shí)控制電路控制-di/dt電路和du/dt電路工作，延時(shí)控制電路由運(yùn)放A1、A2、A3、與A4以及電阻Rd1、Rd2、Rd3，電容Cd1、Cd2、Cd3組成，經(jīng)A1、A2、A3和Rd1、Rd2、Cd1、Cd2延時(shí)得到同步脈沖P1，延時(shí)0.35ms，經(jīng)A3、Rd3、Cd3延時(shí)得反相脈沖P2，延時(shí)2μs～0.3ms可調(diào)，運(yùn)放A0、A1、A2和A3選用單電源雙運(yùn)放LM358，運(yùn)放A4選用F007；(2)恒流源電路和門(mén)控電路與同步脈沖延時(shí)控制電路間用光電耦合器GD05隔離；(3)-di/dt電路和du/dt電路的通斷由功率MOSFET實(shí)現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征是當(dāng)恒流源和門(mén)控電路工作時(shí)，－di／dt電路和du／dt電路不工作，將二極管接線端子短接，可觀察被測(cè)器件Th的開(kāi)通特性和通態(tài)特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征是在被測(cè)器件Th導(dǎo)通時(shí)，由手動(dòng)開(kāi)關(guān)使－di／dt電路工作，給Th加以反向電壓，可測(cè)試Th的反向恢復(fù)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征是在被測(cè)器件Th已加反向電壓時(shí)，由手動(dòng)開(kāi)關(guān)使du／dt電路工作，給Th加正向電壓，調(diào)節(jié)Ru測(cè)試Th的關(guān)斷特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測(cè)試儀，其特征是將主電路接被測(cè)器件陽(yáng)極和陰極的端子短接，恒流源工作使二極管導(dǎo)通，然后，手動(dòng)使－di／dt電路工作，給二極管加反向電壓，測(cè)試二極管的反向恢復(fù)特性。
專利摘要晶閘管動(dòng)態(tài)特性測(cè)試儀采用同步脈沖延時(shí)控制電路，功率MOSFET做功率開(kāi)關(guān)元件，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部自動(dòng)切換電源，并設(shè)置有手動(dòng)開(kāi)關(guān)，能方便地觀察、測(cè)試晶閘管和二極管的許多動(dòng)態(tài)特性，集成化程度高，工作穩(wěn)定可靠，功耗小、重量輕、價(jià)格低，是理想的實(shí)驗(yàn)測(cè)試設(shè)備。
文檔編號(hào)G01R31/26GK2039028SQ8821362
公開(kāi)日1989年6月7日 申請(qǐng)日期1988年8月24日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月24日
發(fā)明者馬鶴亭 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)