專利名稱:晶閘管動態(tài)特性測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型為教學(xué)實驗用晶閘管動態(tài)特性測試儀。
晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件,近年來發(fā)展迅速,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域。由于它的不斷發(fā)展和應(yīng)用的不斷擴大,目前已形成了一門新型學(xué)科——電力電子學(xué)。根據(jù)國民經(jīng)濟發(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重要課程開設(shè)多年。這門課程講述晶閘管等各種大功率半導(dǎo)體器件的內(nèi)部機理、外部特性(靜態(tài)與動態(tài)特性)及其測量方法等等。晶閘管的動態(tài)特性是一種重要的特性(如開通特性、關(guān)斷特性等),特別是對于工作在高頻場合的器件更顯得重要。然而,當(dāng)前開設(shè)的實驗通常只有靜態(tài)特性的測量,而動態(tài)特性測量一直難以開設(shè)。當(dāng)今我國一些制造廠關(guān)于動態(tài)特性的測量設(shè)備一般為自己研制,每臺設(shè)備通常只能測量一個參數(shù),如開通時間測量、關(guān)斷時間測量等,這些設(shè)備的成本高、體積大,難以滿足教學(xué)實驗的需要。即使這樣的測試設(shè)備,也沒有專門生產(chǎn),難以購置。由于長期不能開設(shè)動態(tài)特性測試實驗,對教學(xué)效果帶來不利影響。
本實用新型的目的在于設(shè)計一種性能良好的晶閘管動態(tài)特性測試儀,以滿足實驗教學(xué)的需要。該測試儀測量范圍廣,價格低,結(jié)構(gòu)合理。
本實用新型的技術(shù)方案是利用可調(diào)恒流源電路對被測器件Th提供所需要的恒定通態(tài)電流,見附圖2,以保證被測器件可靠導(dǎo)通。開關(guān)S1合閘,恒流源輸出管BJT工作在放大狀態(tài),開關(guān)S2合閘,被測器件經(jīng)觸發(fā)導(dǎo)通,流過由BJT控制的通態(tài)電流。當(dāng)被測器件導(dǎo)通一定時間后,開關(guān)S3合閘,對被測器件加以反向電壓,通態(tài)電流將以一定的下降率-di/dt減小并反向,流過反向電流,直至恢復(fù)反向阻斷狀態(tài)。此后,在適當(dāng)時刻使開關(guān)S4接通,被測器件加以具有一定du/dt的正向電壓。所有開關(guān)的通斷采用同步脈沖延時控制,以實現(xiàn)自動切換的功能。利用雙蹤示波器觀察被測器件的電流、電壓波形,即可測量所需要的動態(tài)參數(shù)。
圖1本實用新型系統(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門控電路與同步脈沖延時電路;圖6延時控制電路;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、延時調(diào)節(jié)等得到前后沿均很好的方波脈沖。再經(jīng)過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。
同步脈沖信號首先控制恒流源和門控電路工作。同步脈沖到來時,輸出管BJT工作,處于放大狀態(tài),使主電路電源加于被測器件Th上。恒流源電路采用兩級復(fù)合管做推動級,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,以獲得需要的被測器件通態(tài)電流。如圖5所示,加于門控電路的同步脈沖經(jīng)運放A0、電阻Rg0、電容Cg0、穩(wěn)壓管DW0和晶體管BG0延時后獲得的,該脈沖同時送至延時電路的輸入端,該延時電路由運放A1、電阻Rg、電容Cg、穩(wěn)壓管DW1和晶體管BG1組成,運放A1工作,輸出信號驅(qū)動BG1導(dǎo)通,將加于門控電路的延時同步脈沖封鎖,即得到窄脈沖輸出。Rg=12KΩ,Cg=3000PF時,脈寬為36μs。為防止主電路對控制電路的影響,在恒流源電路和門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,延時控制電路由運放A1、A2、A3與A4和相應(yīng)的電阻電容組成。為增加延時的可靠性,簡化電源,運放A1與A2共用單電源雙運放放大器LM358,不需要外部調(diào)零,使用方便。運放A3只用LM358的一半,運放A4選用F007即可。同步脈沖經(jīng)Rd1、Cd1和Rd2、Cd2兩級延時,達到所需要的延時。電阻Rd1選用阻值為4KΩ的電位器,Cd1=0.02μF,Rd2=65KΩ,Cd2=3600PF時,改變電阻Rd1延時調(diào)至0.35ms。經(jīng)延時的脈沖P1送至-di/dt電路。經(jīng)運放A2及電阻Rd1、電容Cd1延時后的脈沖,再經(jīng)運放A4及電阻Rd3、電容Cd3做進一步延時,Rd3由150KΩ電位器與1KΩ電阻串聯(lián),Cd3=3700PF,延時可達0.3ms。改變電阻Rd3延時在2μs~0.3ms間可調(diào)。該延時電路的輸入脈沖加到運放A4的反向端,以獲得反向的延時脈沖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,即可對被測器件加以反向電壓,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?,對被測器件加以具有一定du/dt的正向電壓。
本實用新型的優(yōu)點和特點1.整機裝置耗電小(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,即可對較大容量被測器件進行測量。
3.在-di/dt電路和du/dt電路與主電路間分別設(shè)置手動開關(guān)Si和Su,就能夠分別測試不同條件下被測器件的導(dǎo)通和反向恢復(fù)等諸動態(tài)特性。
4.在不接被測器件Th和du/dt電路不工作時,將電路的陽極和陰極接線端子短接,能夠測試二極管的反向恢復(fù)特性。
5.配用SR-8雙蹤示波器,可對Kp5晶閘管和Zp5二極管進行實測,工作穩(wěn)定。
權(quán)利要求1.一種晶閘管動態(tài)特性測試儀由同步脈沖對恒流源電路、門控電路、-di/dt電路和du/dt電路進行延時控制,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)運放A0、電阻Rg0、電容Cg0、穩(wěn)壓管DW0、晶體管BG0產(chǎn)生0.1ms延時后再控制門控電路工作,經(jīng)運放A1、電阻Rg、電容Cg、穩(wěn)壓管DW1和晶體管BG1組成的延時電路使門控電路產(chǎn)生窄脈沖,觸發(fā)被測器件導(dǎo)通,同步脈沖經(jīng)延時控制電路控制-di/dt電路和du/dt電路工作,延時控制電路由運放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延時得到同步脈沖P1,延時0.35ms,經(jīng)A3、Rd3、Cd3延時得反相脈沖P2,延時2μs~0.3ms可調(diào),運放A0、A1、A2和A3選用單電源雙運放LM358,運放A4選用F007;(2)恒流源電路和門控電路與同步脈沖延時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實現(xiàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀,其特征是當(dāng)恒流源和門控電路工作時,-di/dt電路和du/dt電路不工作,將二極管接線端子短接,可觀察被測器件Th的開通特性和通態(tài)特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀,其特征是在被測器件Th導(dǎo)通時,由手動開關(guān)使-di/dt電路工作,給Th加以反向電壓,可測試Th的反向恢復(fù)特性。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀,其特征是在被測器件Th已加反向電壓時,由手動開關(guān)使du/dt電路工作,給Th加正向電壓,調(diào)節(jié)Ru測試Th的關(guān)斷特性。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的測試儀,其特征是將主電路接被測器件陽極和陰極的端子短接,恒流源工作使二極管導(dǎo)通,然后,手動使-di/dt電路工作,給二極管加反向電壓,測試二極管的反向恢復(fù)特性。
專利摘要晶閘管動態(tài)特性測試儀采用同步脈沖延時控制電路,功率MOSFET做功率開關(guān)元件,實現(xiàn)內(nèi)部自動切換電源,并設(shè)置有手動開關(guān),能方便地觀察、測試晶閘管和二極管的許多動態(tài)特性,集成化程度高,工作穩(wěn)定可靠,功耗小、重量輕、價格低,是理想的實驗測試設(shè)備。
文檔編號G01R31/26GK2039028SQ8821362
公開日1989年6月7日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)