本發(fā)明涉及電測量裝置，特別是一種用于對(duì)晶閘管參數(shù)進(jìn)行測試的電路和測試方法。

背景技術(shù)：

晶閘管(Thyristor)，也稱作可控硅，作為一種常見的半導(dǎo)體功率器件，廣泛用于各種開關(guān)、整流、逆變和濾波等電路，特別是各種大功率的電氣裝置。作為開關(guān)應(yīng)用時(shí)，晶閘管具有阻斷和導(dǎo)通兩個(gè)狀態(tài)。在阻斷狀態(tài)下其具有雙向耐壓的特性，耐壓大小按照應(yīng)用的不同，從市電的幾百伏特到幾千伏特。在導(dǎo)通狀態(tài)下，晶閘管的導(dǎo)通電流可以從幾個(gè)安培到幾千安培。

一種典型的晶閘管基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，該晶閘管的基本結(jié)構(gòu)由四層不同摻雜的半導(dǎo)體硅材料組成，其摻雜類型分別為P型，N型，P型和N型。其正面N型區(qū)引出陰極K、正面P型區(qū)引出門極G，背面P型區(qū)引出陽極A。當(dāng)門極G沒有控制電流流過時(shí)，陽極和陰極之間可以承受一個(gè)很高的阻斷電壓(正負(fù)電壓均可)，此時(shí)晶閘管工作在阻斷狀態(tài)。當(dāng)門極流過一定的控制電流后，晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通，AK之間可以流過大的電流。除了施加門極電流觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通，陽極過電壓擊穿(AK之間的電壓超過擊穿電壓Vbo)和過電壓上升率(AK之間的電壓上升率大于臨界值)也會(huì)導(dǎo)致晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通。

晶閘管的導(dǎo)通過程是不均勻的，參照?qǐng)D1，當(dāng)在門極G和陰極K施加正的電壓后，電流沿?cái)?shù)字0所示通道由門極流入陰極，這個(gè)門極電流觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通進(jìn)一步觸發(fā)晶閘管的導(dǎo)通。導(dǎo)通過程是從靠近門極那一部分(如圖中數(shù)字1所示)開始，隨后導(dǎo)通區(qū)域以門極為中心，向外擴(kuò)散，沿圖1中數(shù)字2、3、4、5的區(qū)域順序依次導(dǎo)通。在最初導(dǎo)通的瞬間，靠近門極的區(qū)域電流密度最高，發(fā)熱最為嚴(yán)重，其后導(dǎo)通從此點(diǎn)經(jīng)橫向擴(kuò)展到較大區(qū)域，門極附近區(qū)域的電流密度快速下降，溫度也迅速降低，而其它導(dǎo)通區(qū)溫度升高。最終當(dāng)電流密度在整個(gè)晶閘管內(nèi)均勻分布后，晶閘管將達(dá)到熱平衡狀態(tài)。

在晶閘管導(dǎo)通的過程中，不均勻的導(dǎo)通過程會(huì)對(duì)器件造成很大傷害，這主要?dú)w因于以下兩方面：一方面，過大的電流上升率(di/dt)意味著靠近門極的區(qū)域會(huì)在瞬間內(nèi)流過很大的電流，其溫度快速上升，溫度過高可能會(huì)導(dǎo)致晶閘管失效；另一方面，每一次導(dǎo)通過程中晶閘管內(nèi)的電流分布不均勻，相應(yīng)導(dǎo)致半導(dǎo)體材料內(nèi)存在溫度梯度，從而產(chǎn)生熱應(yīng)力，反復(fù)導(dǎo)通多次循環(huán)后也會(huì)在晶閘管的本體區(qū)造成損傷，最終導(dǎo)致器件的失效。

晶閘管抗瞬態(tài)電流變化沖擊的能力可以用“臨界電流上升率”這一參數(shù)進(jìn)行描述。針對(duì)是單次導(dǎo)通過程還是反復(fù)導(dǎo)通不同情況的器件損傷，“臨界電流上升率”對(duì)應(yīng)不可重復(fù)的“單次導(dǎo)通臨界電流上升率”和可重復(fù)一定次數(shù)的“多次導(dǎo)通臨界電流上升率”，對(duì)同一器件來說，前者一般大于后者。一般來說，將晶閘管開始失效時(shí)的導(dǎo)通電流上升率(di/dt)定義為臨界電流上升率。

作為晶閘管的重要參數(shù)之一，業(yè)界目前對(duì)臨界電流上升率的測量卻并沒有很好的方法。一種用來對(duì)臨界電流上升率進(jìn)行測試的電路原理示意圖如圖2所示。其中，待測試(DUT)的晶閘管Q1和電感L串聯(lián)，連接在直流電壓源的兩端。當(dāng)在Q1的門極施加電流脈沖后，Q1觸發(fā)導(dǎo)通。設(shè)直流電壓源的電壓值為Vdd，此時(shí)電壓Vdd加在電感L的兩端，有L1×di/dt＝Vdd，從而有di/dt＝VDD/L。通過不斷增大電壓VDD或者調(diào)小電感L的值，即可以相應(yīng)地增大電流上升率，直至晶閘管失效，此時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為臨界電流上升率。在實(shí)際的測試電路中，直流電壓一般采用對(duì)電容充電至恒定電壓來實(shí)現(xiàn)，并在電路中添加衰減電阻，當(dāng)晶閘管觸發(fā)導(dǎo)通后，回路是由電容、電感和電阻組成的阻尼電路。

按照?qǐng)D2的原理進(jìn)行晶閘管測量時(shí)，直流電源要匹配晶閘管的電壓特性，因此往往需要電壓非常高的直流電壓源Vdd。而且，由于只能通過增大電壓Vdd或者調(diào)小電感L對(duì)電流上升率進(jìn)行調(diào)整，因此實(shí)現(xiàn)不同的電流上升率也很困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于上述的問題，以及為了提供更安全、高效、靈活的晶閘管臨界電流上升率測試途徑，本發(fā)明提供了一種新的晶閘管測試電路結(jié)構(gòu)和對(duì)晶閘管臨界電流上升率進(jìn)行測試的方法。

根據(jù)本發(fā)明的一種晶閘管測試電路，包括待測晶閘管(Q1)、感抗性的第一支路(100)、容抗性的第二支路(200)、門極控制裝置(300)以及通斷控制開關(guān)裝置(400)，其中，晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間并聯(lián)第二支路200；第二支路200的兩端與第一支路100的兩端耦合連接形成LC振蕩回路；所述第一支路100與直流電壓源VDD、通斷控制開關(guān)裝置400串聯(lián)形成回路；晶閘管Q1的門極G連接到門極控制裝置300。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，第二支路200為串聯(lián)連接的電阻R1和電容C1或者為一RC串聯(lián)等效電路。第一支路100為一電感元件L1或者為一LR串聯(lián)等效電路。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，所述第二支路200和晶閘管Q1構(gòu)成的回路空間位置伴隨設(shè)置有寄生電感500。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，所述寄生電感500是繪制在晶閘管測試電路的電路板上，繪制的電感尺寸和結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)相應(yīng)寄生電感參數(shù)值。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，所述通斷控制開關(guān)裝置400為雙向可導(dǎo)通的或者單向可導(dǎo)通的。特別是，所述通斷控制開關(guān)裝置400可由金屬氧化物場效應(yīng)晶體管MOSFET或絕緣柵型雙極性晶體管IGBT與二極管D1反向并聯(lián)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，所述門極控制裝置300為根據(jù)通斷控制開關(guān)裝置400的通斷時(shí)序來輸出門極控制信號(hào)的裝置?；蛘?，也可以是根據(jù)晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間的電壓來輸出門極控制信號(hào)的裝置。

根據(jù)本發(fā)明的較佳的實(shí)施方式，所述門極控制裝置300是在晶閘管陽極A和陰極K之間并聯(lián)連接一分壓電路，分壓電路的電壓輸出Ur和參考電壓Uref分別連接到比較器320的兩個(gè)輸入端，比較器320的輸出端耦合到門極控制脈沖發(fā)生器310，后者根據(jù)比較器320的輸出信號(hào)生成門極導(dǎo)通控制信號(hào)。

根據(jù)本發(fā)明的一種較佳的實(shí)施方式，在上述各個(gè)方案中，所述第二支路200與第一支路100的耦合方式為各支路兩端分別直接連接，第二支路和第一支路并聯(lián)。

根據(jù)本發(fā)明的另一種較佳的實(shí)施方式，在上述各個(gè)方案中，所述第二支路200與第一支路100耦合方式為：各支路的一端直接連接，另一端通過電阻R5連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一種較佳的實(shí)施方式，所述門極控制裝置300為耦合于晶閘管Q1的門極G和陰極K之間的無源器件或無源器件的串聯(lián)和/或并聯(lián)的組合。

同時(shí)，本發(fā)明還提供了一種對(duì)晶閘管進(jìn)行測試的方法，該方法包括以下步驟，

S1)搭建晶閘管測試電路，其中，被測晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間并聯(lián)容抗性的第二支路200，第二支路200的兩端與一感抗性的第一支路100的兩端耦合連接形成LC振蕩回路，所述第一支路100與直流電壓源VDD、通斷控制開關(guān)裝置400串聯(lián)形成回路，晶閘管Q1的門極G連接到門極控制裝置300；

S2)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)的配置晶閘管測試電路的各部分；

S3)對(duì)通斷控制開關(guān)裝置400和晶閘管門極G施加相應(yīng)的測試控制信號(hào)，從而測試晶閘管Q1在該組電路參數(shù)下的工作狀態(tài)；

S4)判斷晶閘管Q1是否失效，失效則得到測試結(jié)果，否則繼續(xù)步驟S5；

S5)改變測試電路的電路參數(shù)，重復(fù)步驟S2至S4，令晶閘管工作于不同電路環(huán)境直至晶閘管Q1失效，從而得到測試結(jié)果。

根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述第二支路200和晶閘管Q1構(gòu)成的回路空間位置伴隨設(shè)置有寄生電感，步驟S2配置晶閘管測試電路包括：在電路板上繪制給定形狀和尺寸的電感以獲得相應(yīng)參數(shù)的寄生電感。

根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，在晶閘管測試方法中，所述步驟S3包括以下子步驟：

S301)通斷控制開關(guān)裝置400導(dǎo)通，第一支路100與電壓源VDD形成通電回路，感抗性的第一支路充能；

S302)經(jīng)時(shí)間ΔT1，通斷控制開關(guān)裝置400關(guān)斷，在晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間施加測試電壓；

S303)經(jīng)時(shí)間ΔT2，門極控制裝置300在晶閘管Q1的門極G施加控制輸入，控制晶閘管Q1開始導(dǎo)通；

S304)測量和計(jì)算晶閘管Q1的導(dǎo)通電流上升率Tr并判斷晶閘管Q1的狀態(tài)。

根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，步驟S4判斷測試晶閘管Q1是否失效的方式為：晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的一個(gè)脈沖周期判斷一次，從而獲得不可重復(fù)的單次臨界電流上升率測量值。

根據(jù)本發(fā)明的另一較佳實(shí)施方式，步驟S4判斷測試晶閘管Q1是否失效的方式為：晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的每隔一定數(shù)量的脈沖周期判斷一次，從而獲得反復(fù)導(dǎo)通條件下的臨界電流上升率測量值。

根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述第二支路200與第一支路100耦合方式為：各支路的一端直接連接，另一端通過電阻R5連接；直流電壓源VDD的電壓值和步驟S2中測試電路的元件參數(shù)值配置方式為：LC振蕩回路中第一支路100兩端的最高振蕩輸出電壓大于被測晶閘管Q1陰極K和陽極A之間的正向或反向擊穿電壓。

根據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，所述門極控制裝置300為耦合于晶閘管Q1的門極G和陰極K之間的無源器件或無源器件的串聯(lián)和/或并聯(lián)的組合，模擬晶閘管Q1可能的工作狀態(tài)。

采用本發(fā)明的晶閘管測試電路和測試方法，可以用低壓的直流電源(比如20伏特)實(shí)現(xiàn)測試，降低了對(duì)電源電壓的要求，相比于現(xiàn)有技術(shù)的方法無論從實(shí)現(xiàn)的容易程度、降低成本還是安全性方面都大大提升。而且，在測試的過程中可以不改變直流電壓源的電壓值和電感元件參數(shù)，而通過調(diào)節(jié)電感的充電時(shí)間、第二支路的電容和電阻等來調(diào)節(jié)電流上升率，方式更為靈活。同時(shí)，本發(fā)明的電路和方法還可以通過在電路板上繪制不同結(jié)構(gòu)的電感，改變晶閘管回路的寄生電容進(jìn)一步擴(kuò)展電流上升率的調(diào)整方式和調(diào)整范圍。此外，本發(fā)明的晶閘管測試電路和方法，不但能夠用來測試門極觸發(fā)時(shí)的臨界電流上升率，也可以用來測試陽極與陰極之間正向或反向過電壓擊穿觸發(fā)的臨界電流上升率，適用更加廣泛。

附圖說明

通過結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式的描述中可以更好地理解本發(fā)明，其中：

圖1是一種典型的晶閘管基本結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是現(xiàn)有技術(shù)臨界電流上升率測試的電路原理示意圖；

圖3是本發(fā)明晶閘管測試電路第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明晶閘管測試電路第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明晶閘管測試電路第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的晶閘管陽極A和陰極K之間的電壓變化；

圖7是本發(fā)明晶閘管測試電路第四實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是本發(fā)明晶閘管測試方法第一實(shí)施例的流程示意圖；

圖9是本發(fā)明晶閘管測試方法第二實(shí)施例的流程示意圖。

附圖標(biāo)記說明：

VDD.直流電壓源；Q1.待測晶閘管；K.晶閘管陰極；A.晶閘管陽極；G.晶閘管門極；L1、L2.電感；R1、R2、R3、R5、R7.電阻；C1、C2.電容；T1.開關(guān)元件；D1.二極管；

100.第一支路；200.第二支路；300.門極控制裝置；310.門極控制脈沖發(fā)生器；320.比較器；350.無源工況模擬電路；400.通斷控制開關(guān)裝置；410.開關(guān)控制信號(hào)；500.寄生電感。

具體實(shí)施方式

通過閱讀以下參照附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯，其中，相同或相似的附圖標(biāo)記表示相同或相似的特征。在下面的詳細(xì)描述中，將提供許多具體細(xì)節(jié)，以便對(duì)本發(fā)明的全面理解。但是，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說很明顯的是，本發(fā)明可以在不需要這些具體細(xì)節(jié)中的一些細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。下面對(duì)實(shí)施例的描述僅僅是為了通過示出本發(fā)明的較佳實(shí)施方式來提供對(duì)本發(fā)明的更好的理解。本發(fā)明絕不限于下面所提出的任何具體配置和算法，而是在不脫離本發(fā)明的精神的前提下覆蓋了元素、部件和算法的任何修改、替換和改進(jìn)。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例晶閘管測試電路的結(jié)構(gòu)示意圖。晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間并聯(lián)容抗性的第二支路200；第二支路200的兩端與一感抗性的第一支路100的兩端耦合連接形成LC振蕩回路。其中，核心思想之一是晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間的測試電壓會(huì)由第一支路和第二支路構(gòu)成的LC振蕩回路提供，利用LC振蕩來獲得遠(yuǎn)高于直流電壓源的測試電壓以及相對(duì)較大的測試電壓調(diào)整范圍。其中，第一支路100作為充電儲(chǔ)能部分，需要其電路特性以電感性為主導(dǎo)，也就是說是感抗性的。一種最簡的優(yōu)選方式是，以單個(gè)電感來實(shí)現(xiàn)第一支路100，也可以用LR串聯(lián)等效電路來實(shí)現(xiàn)第一支路。在實(shí)際的元件中，理想電感是比較難實(shí)現(xiàn)的，實(shí)用的電感元件的電學(xué)特性也多由LR串聯(lián)電路來等效描述。

第二支路200可以由串聯(lián)連接的電阻和電容實(shí)現(xiàn)或者任何等效于RC串聯(lián)的電路來實(shí)現(xiàn)。由于RC串聯(lián)等效電路的等效電阻和電容值同樣是LC振蕩參數(shù)的影響因素，通過調(diào)整等效電阻和電容值也能達(dá)到調(diào)整晶閘管測試電路環(huán)境和參數(shù)的目的。

第一支路100與直流電壓源VDD、通斷控制開關(guān)裝置400串聯(lián)形成回路，通斷控制開關(guān)裝置400的作用方式是：導(dǎo)通，使電感元件有電流流過，給第二支路電感充能；斷開，LC振蕩回路開始阻尼振蕩，電感元件對(duì)電容元件充電，產(chǎn)生衰減的正弦振蕩電壓。LC振蕩的狀態(tài)初值將是振蕩電壓的峰值的決定因素之一，而LC振蕩回路的初始狀態(tài)又可以由第二支路的充能時(shí)間來控制，因此，通過對(duì)通斷控制開關(guān)裝置400的控制即可控制晶閘管的測試電壓。充電時(shí)間的長短因應(yīng)不同的控制策略，用以靈活的測試晶閘管的門極觸發(fā)導(dǎo)通臨界電流上升率或是過壓擊穿時(shí)的臨界電流上升率。對(duì)開關(guān)電路的控制可以由脈沖波形非常容易的實(shí)現(xiàn)多種靈活的形式，從而讓晶閘管測試電壓可以方便的在可變范圍內(nèi)隨意調(diào)整。

通斷控制開關(guān)裝置400的實(shí)現(xiàn)方式有很多選擇，雙向可導(dǎo)通的或者單向可導(dǎo)通的可控開關(guān)均可實(shí)現(xiàn)。一種簡捷的實(shí)現(xiàn)方式是由金屬氧化物場效應(yīng)晶體管MOSFET或絕緣柵型雙極性晶體管IGBT作為開關(guān)元件，串聯(lián)在直流電壓源和第一支路之間，在MOSFET或者IGBT的控制極輸入開關(guān)控制信號(hào)。進(jìn)一步，可以在開關(guān)元件兩端反并聯(lián)一個(gè)二極管，從而在晶閘管的陽極和陰極之間的電壓Uak形成只有正半波的正弦波形。

晶閘管Q1的門極G連接到門極控制裝置300，由門極控制裝置300根據(jù)不同的測試需求來控制晶閘管的導(dǎo)通時(shí)間。門極控制裝置300既可以是根據(jù)通斷控制開關(guān)裝置400的通斷時(shí)序來輸出門極控制信號(hào)的裝置，也可以是根據(jù)晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間的電壓來輸出門極控制信號(hào)的裝置。根據(jù)測試目的的不同進(jìn)行相應(yīng)選擇，將在后文詳細(xì)描述。

并且，晶閘管Q1所在的回路伴隨的寄生電感也將對(duì)其測試過程中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的過程產(chǎn)生影響。寄生電感在制板的實(shí)際電路中是普遍存在的，一般電路設(shè)計(jì)者將寄生電感作為噪聲或者干擾來對(duì)待，設(shè)計(jì)電路時(shí)不做過多考慮，或者是作為電路的不利因素對(duì)其加以消除。然而本發(fā)明的實(shí)施例提出了利用對(duì)寄生電感的特殊設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)期望的電路性能的新的思路。在第二支路200和晶閘管Q1構(gòu)成的回路空間位置伴隨設(shè)置寄生電感500，通過特定設(shè)計(jì)的寄生電感來達(dá)到調(diào)節(jié)晶閘管測試電壓取值范圍和測試響應(yīng)動(dòng)態(tài)過程的目的。其中，寄生電感500的一種優(yōu)選的實(shí)現(xiàn)方式是在電路板上繪制不同尺寸(長度、寬度)的電感或者不同結(jié)構(gòu)的電感，例如螺旋狀的電感，從而得到不同大小的寄生電感。

在對(duì)各個(gè)實(shí)施例的描述中，會(huì)涉及到“耦合”一詞。其中，耦合表示兩個(gè)本來分開的電路之間或一個(gè)電路的兩個(gè)本來相互分開的部分之間的交鏈，耦合可以是直接的也可以間接的?！榜詈稀笨墒鼓芰炕蛘咝盘?hào)從一個(gè)電路傳送到另一個(gè)電路，或由電路的一個(gè)部分傳送到另一部分。因此，本申請(qǐng)中的“耦合”將包括但不限于物理上的電連接和信號(hào)傳輸形式的通信鏈接。

圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例晶閘管測試電路結(jié)構(gòu)示意圖。對(duì)于相同的標(biāo)號(hào)將對(duì)應(yīng)相類似的對(duì)象，可以參考前文和后文結(jié)合不同附圖的描述。本實(shí)施例中，第一支路100是由電感L1實(shí)現(xiàn)，第二支路200是由串聯(lián)的電阻R1和電容C1實(shí)現(xiàn)。其中，直流電壓源VDD為整個(gè)電路系統(tǒng)提供恒定電壓，典型值在10伏特到100伏特，電阻R1和電容C1串聯(lián)后和電感L1、待測試晶閘管Q1并聯(lián)。電阻R1一般采用可變電阻或者電位器實(shí)現(xiàn)，阻值在0歐姆到10千歐姆之間變化；電感L1的數(shù)值在100納亨到1亨之間；電容C1的取值在10皮法到1毫法之間。在實(shí)際的電路中電阻R1可以采用碳膜電位器或者繞線電位器，其抗電流沖擊的能力須大于測試中的過電流數(shù)值?；芈返募纳姼?一般在幾個(gè)納亨利到幾百納亨利之間)也可以自由的調(diào)節(jié)，通過在電路板上繪制不同尺寸(長度、寬度)的電感或者不同結(jié)構(gòu)的電感，例如螺旋狀的電感，可以得到不同大小的寄生電感值。電感L1、電容C1和電阻R1形成LC振蕩電路，產(chǎn)生衰減的正弦電壓。一般來說，通斷控制開關(guān)裝置400的擊穿電壓要大于待測試晶閘管的擊穿電壓和直流電壓之和。

當(dāng)通斷控制開關(guān)裝置400導(dǎo)通時(shí)，直流電壓源對(duì)電感L1充電，電感上的電流可以表示為：IL＝Vd×Tp/Lc。其中Vd為電壓源VDD的電壓；Tp為電感充電時(shí)間，Lc為電感L1元件的電感值。電感上的電流和充電時(shí)間成正比。當(dāng)通斷控制開關(guān)裝置400關(guān)斷后，電感L1的電流流向電容C1和電阻R1，從而對(duì)電容C1充電。由于待測試晶閘管Q1的陰極和陽極并聯(lián)在電感L1的兩端，因此電感L1上的電壓施加在晶閘管Q1上。當(dāng)在待測試晶閘管Q1的門極施加觸發(fā)電流后，晶閘管導(dǎo)通，其陽極和陰極之間的電壓由原來電感振蕩電壓值瞬間下降到其飽和導(dǎo)通壓降(具體數(shù)值依賴于晶閘管類型，典型值在1V到2V左右)。在電壓下降的瞬間，電感L1的電流流經(jīng)晶閘管Q1，電容C1通過電阻R1和晶閘管Q1放電，此瞬間在晶閘管上產(chǎn)生一個(gè)很大的電流上升率Tr。

從上述過程可見，電感L1、電阻R1、電容C1和以及晶閘管Q1回路的寄生電感都與電流上升率Tr有關(guān)，因此這些部分的電路參數(shù)調(diào)整都可以用來調(diào)節(jié)晶閘管Q1的臨界電流上升率的測試過程。例如，通過調(diào)節(jié)電阻R1的阻值或者電感L1的充電時(shí)間來調(diào)節(jié)電流上升率的值，緩慢地增大電流上升率的數(shù)值，直至器件失效，此時(shí)對(duì)應(yīng)的數(shù)值即為臨界電流上升率。并且，測試電路既可以用來測試單脈沖周期內(nèi)的臨界電流上升率(稱為，單次臨界電流上升率)，也可以用來測試反復(fù)導(dǎo)通多個(gè)脈沖周期對(duì)應(yīng)的臨界電流上升率(也稱為，可重復(fù)臨界電流上升率)。

電路元件的各種元件參數(shù)，可以根據(jù)待測晶閘管性能的不同靈活選擇，下面給出一組具體的參數(shù)選取的非限制性實(shí)施例作為示意。例如：待測試晶閘管的擊穿電壓為1000伏特，額定平均電流為8安培時(shí)，直流電壓源可以采用額定電壓30伏特，額定電流1安培的電壓源，實(shí)際工作時(shí)電壓設(shè)定為20伏特。電感L1選用10毫亨的空氣芯電感，電容C1選用數(shù)值100納法、額定電壓為2000伏特的薄膜電容，電阻選擇阻值為200歐姆，額定功率為3瓦特的碳膜電阻，通斷控制開關(guān)裝置400選擇額定電壓為2000伏特，電流為8安培的MOSFET。

圖5是本發(fā)明第三實(shí)施例晶閘管測試電路的結(jié)構(gòu)示意圖。通斷控制開關(guān)裝置(400)包括一開關(guān)元件T1，例如金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)或者絕緣柵雙極晶體管(IGBT)，開關(guān)元件T1的漏極和源極與第一支路和直流電壓源形成回路，T1的柵極作為控制極接收開關(guān)控制信號(hào)410，從而控制開關(guān)元件T1的通斷。開關(guān)控制信號(hào)410優(yōu)選時(shí)序脈沖信號(hào)。為了被測晶閘管Q1的陰極和陽極之間電壓Uak能獲得更好的電壓形態(tài)，在開關(guān)元件T1的漏極和源極之間反并聯(lián)二極管D1，如此可令A(yù)K電壓曲線的負(fù)半周變成恒定的數(shù)值。

圖5中的開關(guān)元件T1(MOSFET或IGBT)的漏極和電感L1，電容C1以及待測試晶閘管Q1的陽極相連接，源極和直流電壓源的負(fù)端相連接。T1導(dǎo)通給電感充值一段時(shí)間，再受控關(guān)斷后，待測試晶閘管AK之間的電壓曲線將如圖6所示。此時(shí)，晶閘管Q1的門極還沒有施加控制導(dǎo)通的觸發(fā)電流，晶閘管還沒有導(dǎo)通。門極控制裝置300將根據(jù)AK之間電壓和參考電壓的關(guān)系來控制晶閘管的導(dǎo)通，其目的是控制晶閘管在其陽極A和陰極K之間的電壓為某一特定值時(shí)開始導(dǎo)通，即控制晶閘管Q1的測試電壓。根據(jù)本實(shí)施例門極控制裝置300的一種實(shí)現(xiàn)方式是：在晶閘管陽極A和陰極K之間并聯(lián)連接一分壓電路，例如電阻R3和R2串聯(lián)分壓電路，分壓電路的電壓輸出Ur和參考電壓Uref分別連接到比較器320的兩個(gè)輸入端，比較器320的輸出端耦合到門極控制脈沖發(fā)生器310，后者根據(jù)比較器320的輸出信號(hào)生成門極導(dǎo)通控制信號(hào)。

圖6是本發(fā)明一實(shí)施例的晶閘管導(dǎo)通之前的陽極、陰極之間的電壓Uak變化曲線，橫軸為歸一化的時(shí)間，以LC振蕩周期為單位“1”，縱軸為歸一化的AK電壓，根據(jù)晶閘管的相關(guān)參數(shù)選擇參考比例，例如將可以令晶閘管Q1過壓擊穿導(dǎo)通電壓值作為單位“1”。通斷控制開關(guān)裝置400關(guān)斷后，電感L1電流對(duì)電容C1充電，L1、C1和R1組成的振蕩電路開始阻尼振蕩。AK之間振蕩電壓的峰值Vp和電感L1的電流、L1、C1和R1的數(shù)值有關(guān)。開關(guān)關(guān)斷時(shí)電感的電流越大，電感L1數(shù)值越大，Vp越大；電容C1數(shù)值越大，電阻R1數(shù)值越大，Vp越小。另一方面，為了避免AK之間振蕩電壓上升率過大導(dǎo)致晶閘管的導(dǎo)通，電感L1和電容C1的數(shù)值盡可能越大越好。當(dāng)AK之間的電壓從峰值降低到-Vdd(即通斷控制開關(guān)裝置400上的電壓為0)，和振蕩電壓的峰值幾百伏特到幾千伏特相比，Vdd只有幾十伏特，通斷控制開關(guān)裝置400反向?qū)?，此時(shí)AK電壓曲線的負(fù)半周變成恒定的數(shù)值。

根據(jù)圖5所示實(shí)施例的電路的工作過程為：開關(guān)控制信號(hào)410施加正的控制輸入后，T1導(dǎo)通，直流電壓源對(duì)電感L1充電，經(jīng)過一段時(shí)間ΔT1后，開關(guān)控制信號(hào)410施加負(fù)的控制輸入關(guān)斷T1，此時(shí)L1、C1和R1形成振蕩回路，待測試晶閘管Q1的AK之間的電壓Uak迅速變大。電阻R2和R3形成分壓電路，R3上的分壓Ur作為比較器的一個(gè)輸入端，比較器的另一個(gè)輸入端和參考電壓Uref相連，當(dāng)R3上的分壓和參考電壓相同時(shí)，比較器發(fā)生反轉(zhuǎn)，比較器輸出控制信號(hào)給門極控制脈沖發(fā)生器310。門極控制脈沖發(fā)生器310隨后輸出一個(gè)觸發(fā)電流給待測試晶閘管Q1的門極G，晶閘管Q1導(dǎo)通并且瞬間有一個(gè)大的電流變化率Tr。通過判斷這個(gè)電流變化率下的晶閘管Q1工作狀態(tài)，不斷調(diào)整電路參數(shù)增大電流變化率Tr，直至使晶閘管失效，即可測得晶閘管的臨界電流上升率。開關(guān)控制信號(hào)410可選用時(shí)序脈沖信號(hào)作為測試控制信號(hào)，當(dāng)晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的一個(gè)脈沖周期判斷一次，從而獲得不可重復(fù)的單次臨界電流上升率測量值。晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的每隔一定數(shù)量的脈沖周期判斷一次，從而獲得反復(fù)導(dǎo)通條件下的臨界電流上升率測量值。

晶閘管的觸發(fā)導(dǎo)通包括兩種情形，門極觸發(fā)導(dǎo)通和陽極陰極之間的過壓擊穿導(dǎo)通。對(duì)應(yīng)地測試門極觸發(fā)時(shí)的臨界電流上升率，和測試陽極過電壓擊穿觸發(fā)的臨界電流上升率，也需要不同的測試條件來完成。晶閘管導(dǎo)通之前，AK之間振蕩電壓能達(dá)到的峰值Vp是一個(gè)關(guān)鍵的分界參數(shù)，顯然峰值Vp要超過晶閘管的擊穿電壓才能進(jìn)行電壓擊穿觸發(fā)的臨界電流上升率測量。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的方法要使晶閘管的AK之間達(dá)到擊穿條件需要電壓極高的直流電壓源，本發(fā)明對(duì)此的要求大大降低。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，峰值Vp受到電壓源的電壓Vpp，振蕩回路的L1、C1和R1的參數(shù)，電感充電時(shí)間ΔT1等各個(gè)變量的綜合作用，調(diào)整上述變量均可用于調(diào)節(jié)峰值Vp。圖3到圖5的各個(gè)實(shí)施例中，可以進(jìn)行門極導(dǎo)通條件下的測試，也可以通過調(diào)整上述參數(shù)，使Uak能滿足晶閘管的過壓擊穿條件，進(jìn)行過壓擊穿條件下的臨界電流上升率測試。

但是由于門極觸發(fā)測試條件和過電壓擊穿觸發(fā)所需的AK之間電壓是不同的，前者要大大小于后者，因此，為了節(jié)約電路資源和提高測試效率，針對(duì)門極觸發(fā)測試和過電壓擊穿觸發(fā)可以選用不同的電路形式。本發(fā)明提供了適于進(jìn)行過壓擊穿臨界電流上升率測試的實(shí)施例，如圖7所示。

在圖7的實(shí)施例中，晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間并聯(lián)容電容C2、電感R7串聯(lián)實(shí)現(xiàn)的第二支路200；第一支路100由電感L2實(shí)現(xiàn)。第二支路200與第一支路100耦合方式為：各支路的一端直接連接，另一端通過電阻R5連接。電阻R5的一端連接電感L2，另一端連接到待測試晶閘管Q1的陰極K。通斷控制開關(guān)裝置400同樣是包括開關(guān)元件T1，其為MOSFET或者IGBT，開關(guān)元件T1的漏極和源極之間并聯(lián)二極管D1后，與第一支路和直流電壓源形成回路，T1的柵極作為控制極接收開關(guān)控制信號(hào)410，從而控制開關(guān)元件T1的通斷。門極控制裝置300為耦合于晶閘管Q1的門極G和陰極K之間的無源器件或無源器件的串聯(lián)和/或并聯(lián)的組合。

在此實(shí)施例中，門極控制裝置300不再起控制晶閘管導(dǎo)通的作用，而是可以用來對(duì)晶閘管的工作狀態(tài)，特別是門極電壓情況進(jìn)行模擬，因此可以根據(jù)被測晶閘管的目標(biāo)工作狀態(tài)，將之配置為不同的無源工況模擬電路350。無源器件可以是短路(零歐姆的電阻)；開路(無窮大的電阻)；任一阻值的電阻；任一數(shù)值的電容(模擬高頻短路)或者任一數(shù)值的電感(模擬低頻短路)，也可以是電阻、電容、電感的任意串聯(lián)或者并聯(lián)的組合。

本實(shí)施例在測試Q1的AK過電壓擊穿觸發(fā)導(dǎo)通的臨界電流上升率時(shí)，首先是開關(guān)控制信號(hào)對(duì)T1柵極施加正的控制輸入后，T1導(dǎo)通，直流電壓源對(duì)電感L2充電，經(jīng)過一段時(shí)間后施加負(fù)的控制輸入關(guān)斷T1，此時(shí)L1、C2和R7形成振蕩回路，待測試晶閘管Q1的AK之間的電壓迅速變大。本方案期望電感L2的充電時(shí)間盡可能地長，從而使得AK之間振蕩電壓的峰值Vp大于AK之間的擊穿電壓。當(dāng)待測試晶閘管由于擊穿而觸發(fā)導(dǎo)通后，AK之間的電壓迅速降低至飽和導(dǎo)通壓降。由于此時(shí)電感L2的電流相對(duì)較大，因此添加電阻R5的目的是對(duì)該電感電流進(jìn)行衰減。

由于晶閘管有雙向阻斷特性：當(dāng)陽極A為正電壓，陰極K為負(fù)電壓，此時(shí)對(duì)應(yīng)正向擊穿電壓；當(dāng)陽極A為負(fù)電壓，陰極K為正電壓時(shí)，對(duì)應(yīng)于反向的擊穿電壓。通常，反向的擊穿電壓更高。因此，上述的AK之間振蕩電壓的幅值峰值Vp可以是大于被測晶閘管Q1的陰陽兩極之間的正向擊穿電壓或者是反向擊穿電壓。同樣，本實(shí)施例也可以通過調(diào)節(jié)各個(gè)電阻、電容的大小以及回路的寄生電感的大小來調(diào)節(jié)電流上升率的數(shù)值。

最后，結(jié)合附圖8和圖9對(duì)本發(fā)明提供的晶閘管測試方法進(jìn)行進(jìn)一步的說明。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明測試方法的第一實(shí)施例。其包括以下步驟：S1)搭建晶閘管測試電路；S2)根據(jù)設(shè)定的參數(shù)的配置晶閘管測試電路的各部分；S3)對(duì)通斷控制開關(guān)裝置400和晶閘管門極G施加相應(yīng)的測試控制信號(hào)，從而測試晶閘管Q1在該組電路參數(shù)下的工作狀態(tài)；S4)判斷晶閘管Q1是否失效，失效則得到測試結(jié)果，否則繼續(xù)步驟S5；S5)改變測試電路的電路參數(shù)，重復(fù)步驟S2至S4，令晶閘管工作于不同電路環(huán)境直至晶閘管Q1失效，從而得到測試結(jié)果。測試結(jié)果對(duì)應(yīng)的電流上升率Tr即為晶閘管Q1的導(dǎo)通電流臨界上升率Trmax。

這其中，步驟S1所搭建的電路，可以是上述各種晶閘管測試電路實(shí)施例中的任何一種。例如：搭建根據(jù)圖3的電路，被測晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間并聯(lián)容抗性的第二支路200，第二支路200的兩端與一感抗性的第一支路100的兩端耦合連接形成LC振蕩回路，所述第一支路100與直流電壓源VDD、通斷控制開關(guān)裝置400串聯(lián)形成回路，晶閘管Q1的門極G連接到門極控制裝置300。

并且，較佳的實(shí)施方式是，在第二支路200和晶閘管Q1構(gòu)成的回路空間位置伴隨設(shè)置寄生電感；這樣在步驟S2中根據(jù)設(shè)定參數(shù)配置晶閘管測試電路就可以包括：在電路板上繪制給定形狀和尺寸的電感以獲得相應(yīng)參數(shù)的寄生電感，從而調(diào)節(jié)晶閘管Q1的電流上升率。

步驟S2中根據(jù)設(shè)定參數(shù)配置晶閘管測試電路，其中涉及到的參數(shù)除了寄生電感，還可以包括：直流電源的電壓，由于更換電壓源相對(duì)于調(diào)節(jié)其它參數(shù)來說，不是十分便，因此一般當(dāng)LC振蕩的峰值電壓無法滿足測試要求時(shí)會(huì)考慮調(diào)整此參數(shù)；第一支路的等效電感值；第二支路的等效電容、電阻值；通斷控制開關(guān)裝置400控制下的電感充電時(shí)長；門極控制裝置300控制下的晶閘管門極G導(dǎo)通時(shí)機(jī)等等。

其中，更詳細(xì)地，步驟S3包括以下子步驟：

S301)通斷控制開關(guān)裝置400導(dǎo)通，第一支路100與電壓源VDD形成通電回路，感抗性的第一支路充能；

S302)經(jīng)時(shí)間ΔT1，通斷控制開關(guān)裝置400關(guān)斷，在晶閘管Q1的陽極A和陰極K之間施加測試電壓；

S303)經(jīng)時(shí)間ΔT2，門極控制裝置300在晶閘管Q1的門極G施加控制輸入，控制晶閘管Q1開始導(dǎo)通；

S304)測量和計(jì)算晶閘管Q1的導(dǎo)通電流上升率Tr并判斷晶閘管Q1的狀態(tài)。

從S3的調(diào)節(jié)過程可見，在其他電路其它條件不變的前提下，第一支路電感充電時(shí)間ΔT1的長短，將決定LC振蕩的峰值電壓Vp；而由時(shí)間ΔT2描述的晶閘管Q1的導(dǎo)通時(shí)機(jī)(即晶閘管在LC振蕩電壓達(dá)到多大，或者說達(dá)到峰值電壓Vp的多大比例時(shí)開始導(dǎo)通)決定了待測晶閘管門極觸發(fā)導(dǎo)通時(shí)的測試電壓Uak。由于ΔT1、ΔT2這兩個(gè)參數(shù)，通過時(shí)序控制脈沖就可以方便的調(diào)節(jié)，因此，本發(fā)明的方法對(duì)導(dǎo)通電流臨界上升率的調(diào)節(jié)可以做到非常容易。

因此，步驟S5中的改變電路設(shè)定參數(shù)，以增大Tr的操作中，最方便的實(shí)現(xiàn)方式是調(diào)節(jié)ΔT1、ΔT2，這可以通過調(diào)整通斷控制開關(guān)裝置400和門極控制裝置300的測試控制脈沖或者控制結(jié)構(gòu)參數(shù)(例如圖5中的參考電壓Uref)來實(shí)現(xiàn)。

由于晶閘管可能在單次臨界電流上升率過大后失效，或者反復(fù)工作在較大的電流上升率條件下一定次數(shù)也會(huì)造成損害，終至失效。后者，這里稱為反復(fù)導(dǎo)通條件下的臨界電流上升率。這兩個(gè)值都是晶閘管的重要參數(shù)，均需測試。

因此，針對(duì)兩種不同的參數(shù)測試目的，步驟S4判斷測試晶閘管Q1是否失效的方式可以為：晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的一個(gè)脈沖周期T判斷一次，從而獲得不可重復(fù)的單次臨界電流上升率測量值；或者晶閘管Q1對(duì)應(yīng)測試控制信號(hào)的每隔一定數(shù)量的脈沖周期T判斷一次，從而獲得反復(fù)導(dǎo)通條件下的臨界電流上升率測量值。

為了在晶閘管的過壓擊穿條件下進(jìn)行測量，根據(jù)本發(fā)明晶閘管測試方法的另一實(shí)施例，步驟S2中的電路搭建，可以是令第二支路200與第一支路100耦合方式為：各支路的一端直接連接，另一端通過電阻R5連接；直流電壓源VDD的電壓值和步驟S2中測試電路的元件參數(shù)值配置方式為：LC振蕩回路中第一支路100兩端的最高振蕩電壓大于被測晶閘管Q1陰極K和陽極A之間的正向擊穿電壓或者反向擊穿電壓。

進(jìn)一步地，其中，門極控制裝置300為耦合于晶閘管Q1的門極G和陰極K之間的無源器件或無源器件的串聯(lián)和/或并聯(lián)的組合，模擬晶閘管Q1可能的工作狀態(tài)，特別是門極的電壓狀態(tài)。關(guān)于此時(shí)搭建的電路可以參考上述結(jié)合附圖7對(duì)本發(fā)明的晶閘管測試電路的詳細(xì)描述。

此實(shí)施例中，步驟S3通斷控制開關(guān)裝置400控制下對(duì)第一支路的充能時(shí)間ΔT1要盡可能的長，以獲得更高的LC振蕩峰值，從而達(dá)到晶閘管Q1過壓擊穿條件。晶閘管Q1過壓擊穿后，無需門極控制裝置300控制門極導(dǎo)通，所以門極控制裝置300的作用轉(zhuǎn)化為模擬待測型號(hào)的晶閘管未來可能的應(yīng)用場景。

在上述實(shí)施例中，結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的晶閘管測試電路和測試方法進(jìn)行了描述。需要說明的是，本發(fā)明并不局限于上文所描述和圖中示出的特定配置和連接，或者特定的具體步驟。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的精神之后，做出各種改變、修改和添加，或者改變步驟之間的順序。

以上所述的結(jié)構(gòu)框圖中所示的功能塊可以實(shí)現(xiàn)為硬件、軟件、固件或者它們的組合。當(dāng)以硬件方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，其可以例如是電子電路、專用集成電路(ASIC)、適當(dāng)?shù)墓碳?、插件、功能卡等等。?dāng)以軟件方式實(shí)現(xiàn)時(shí)，本發(fā)明的元素是被用于執(zhí)行所需任務(wù)的程序或者代碼段。程序或者代碼段可以存儲(chǔ)在機(jī)器可讀介質(zhì)中，或者通過載波中攜帶的數(shù)據(jù)信號(hào)在傳輸介質(zhì)或者通信鏈路上傳送?！皺C(jī)器可讀介質(zhì)”可以包括能夠存儲(chǔ)或傳輸信息的任何介質(zhì)。機(jī)器可讀介質(zhì)的例子包括電子電路、半導(dǎo)體存儲(chǔ)器設(shè)備、ROM、閃存、可擦除ROM(EROM)、軟盤、CD-ROM、光盤、硬盤、光纖介質(zhì)、射頻(RF)鏈路，等等。代碼段可以經(jīng)由諸如因特網(wǎng)、內(nèi)聯(lián)網(wǎng)等的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)被下載。

本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)能理解，上述實(shí)施例均是示例性而非限制性的。在不同實(shí)施例中出現(xiàn)的不同技術(shù)特征可以進(jìn)行組合，以取得有益效果。本領(lǐng)域技術(shù)人員在研究附圖、說明書及權(quán)利要求書的基礎(chǔ)上，應(yīng)能理解并實(shí)現(xiàn)所揭示的實(shí)施例的其他變化的實(shí)施例。在權(quán)利要求書中，術(shù)語“包括”并不排除其他裝置或步驟；不定冠詞“一”不排除多個(gè)；術(shù)語“第一”、“第二”用于標(biāo)示名稱而非用于表示任何特定的順序。權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記均不應(yīng)被理解為對(duì)保護(hù)范圍的限制。權(quán)利要求中出現(xiàn)的多個(gè)部分的功能可以由一個(gè)單獨(dú)的硬件或軟件模塊來實(shí)現(xiàn)。某些技術(shù)特征出現(xiàn)在不同的從屬權(quán)利要求中并不意味著不能將這些技術(shù)特征進(jìn)行組合以取得有益效果。