1.1 直流供電系統(tǒng)
　　系統(tǒng)提供了0～1 200V的可調(diào)直流電源，通過(guò)220V交流電升壓整流濾波得到。在測(cè)試時(shí)，針對(duì)不同型號(hào)的IGBT，集電極與發(fā)射極間應(yīng)施加不同的直流電壓。為柵極驅(qū)動(dòng)供電的則為程控可調(diào)直流供電電源，采用GPIB總線實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的通信，選擇可調(diào)電源是柵極閾值電壓測(cè)試時(shí)所必需的。
1.2 IGBT測(cè)試電路
　　IGBT的測(cè)試電路主要由柵極驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、負(fù)載電路和信號(hào)調(diào)理電路組成。
1.2.1 柵極驅(qū)動(dòng)器的選擇
　　不同型號(hào)的IGBT，其驅(qū)動(dòng)電路也有所不同，測(cè)試過(guò)程中IGBT的驅(qū)動(dòng)器是可以更換的。設(shè)計(jì)中選擇了富士公司生產(chǎn)的EXB系列集成驅(qū)動(dòng)器EXB850和EXB851，分別用于驅(qū)動(dòng)型號(hào)為600V/150A、1 200V/75A、600V/400A和1 200V/300A的IGBT。對(duì)于漏電流的測(cè)試不需要加驅(qū)動(dòng)電路。
　　選擇適當(dāng)?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對(duì)IGBT柵極驅(qū)動(dòng)相當(dāng)重要。IGBT的開(kāi)通和關(guān)斷通過(guò)柵極電路的充放電實(shí)現(xiàn)，因此柵極電阻值將對(duì)IGBT的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生極大的影響。在使用時(shí)應(yīng)該根據(jù)IGBT的電流容量和電壓額定值以及開(kāi)關(guān)頻率選擇柵極電阻。設(shè)計(jì)中IGBT的柵極電阻設(shè)置了4個(gè)檔，分別是5Ω、10Ω、20Ω和一個(gè)空檔。
1.2.2 保護(hù)電路
　　為了防止在IGBT測(cè)試過(guò)程中由于過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等引起的IGBT損壞，設(shè)計(jì)了IGBT的各種保護(hù)電路。如柵極過(guò)壓保護(hù)，在柵極與發(fā)射極間并聯(lián)一只10kΩ的電阻；為防止集電極發(fā)射極間過(guò)電壓，在集電極和發(fā)射極兩端并接了RC緩沖電路；選擇的EXB系列驅(qū)動(dòng)器具有過(guò)流保護(hù)功能；測(cè)試IGBT安裝在散熱器上，并利用溫度傳感器檢測(cè)散熱器的溫度，當(dāng)超過(guò)允許溫度時(shí)將使測(cè)試電路停止工作^[4]。
1.2.3 負(fù)載電路
　　負(fù)載電路包括感性負(fù)載和阻性負(fù)載。通常情況下動(dòng)態(tài)參數(shù)的測(cè)試以阻性負(fù)載進(jìn)行，但也應(yīng)考慮感性負(fù)載測(cè)試的可能性。本設(shè)計(jì)中把兩種負(fù)載都考慮在內(nèi)。感性負(fù)載對(duì)電路的保護(hù)要求更高，IGBT關(guān)斷速度越快，電路電感也越大，關(guān)斷瞬間電壓值就越高。
1.2.4 信號(hào)調(diào)理電路
　　信號(hào)調(diào)理電路實(shí)現(xiàn)隔離、濾波和將采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換到采集卡能承受的范圍內(nèi)。該測(cè)試系統(tǒng)中有部分參數(shù)電壓范圍超出了采集卡的電壓范圍，所以必須要設(shè)計(jì)相應(yīng)的降壓電路。
1.3 IGBT測(cè)試參數(shù)及基本測(cè)試方法
　　IGBT的測(cè)試參數(shù)包括柵極－發(fā)射極閾值電壓、集電極－發(fā)射極截止電流、集電極－發(fā)射極飽和電壓、IGBT開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間以及續(xù)流二極管的恢復(fù)時(shí)間等^[5]。這些參數(shù)的測(cè)試方法符合國(guó)標(biāo)GB/T17007-1997的標(biāo)準(zhǔn)，但部分參數(shù)的測(cè)試方法有所差異和改進(jìn)。
　?。?）柵極－發(fā)射極閾值電壓VGE(TO)測(cè)試:由電壓源對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定的集電極-發(fā)射極電壓;從零開(kāi)始逐漸增加?xùn)艠O－發(fā)射極間的電壓,當(dāng)檢測(cè)到集電極電流達(dá)到規(guī)定值時(shí)，此時(shí)的柵極電壓值即為柵極－發(fā)射極閾值電壓。
　?。?）柵極－發(fā)射極漏電流IGES測(cè)試:
集電極-發(fā)射極間短路;由電壓源對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定的柵極－發(fā)射極電壓,這時(shí)通過(guò)柵極－發(fā)射極回路的電流即為柵極－發(fā)射極漏電流。
　　（3）集電極-發(fā)射極截止電流ICES測(cè)試:柵極-發(fā)射極短路;由電壓源對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定的集電極-發(fā)射極電壓,這時(shí)通過(guò)集電極-發(fā)射極回路的電流即為集電極-發(fā)射極截止電流。
　　（4）集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE(sat)測(cè)試:由電壓源對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定幅值和脈寬的柵極電壓;調(diào)節(jié)集電極－發(fā)射極電流至規(guī)定值,這時(shí)相對(duì)柵極脈沖穩(wěn)定部分的集電極-發(fā)射極電壓即為集電極-發(fā)射極飽和電壓值。
　?。?）開(kāi)通時(shí)間ton測(cè)試:由電壓源對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定幅值、脈寬及上升率的柵極電壓;調(diào)節(jié)集電極電流至規(guī)定幅值,開(kāi)通時(shí)間是指開(kāi)通延遲時(shí)間與集電極電流上升時(shí)間之和。
　　（6）關(guān)斷時(shí)間toff測(cè)試:關(guān)斷時(shí)間測(cè)試包含阻性負(fù)載和感性負(fù)載的測(cè)試。在相應(yīng)的阻性負(fù)載或感性負(fù)載條件下,對(duì)被測(cè)器件施加規(guī)定幅值和脈寬的柵極電壓;調(diào)節(jié)集電極電流至規(guī)定值,然后施加規(guī)定幅值、脈寬及下降率的反向柵極電壓,關(guān)斷時(shí)間是指關(guān)斷延遲時(shí)間與電流下降時(shí)間之和。
　?。?）恢復(fù)時(shí)間測(cè)試:用于測(cè)量IGBT上反向續(xù)流二極管的恢復(fù)時(shí)間。首先在二極管上施加規(guī)定幅值的電流,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后施加一個(gè)反向電流使其關(guān)斷，同時(shí)施加規(guī)定幅值的反向電壓, 按照?qǐng)D2中的定義即可測(cè)得二極管的恢復(fù)時(shí)間。

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1.4 IGBT測(cè)試參數(shù)的數(shù)據(jù)采集
　　該系統(tǒng)選取的數(shù)據(jù)采集卡是NI公司的PCI－6024E，該型號(hào)采集卡具有2路模擬輸出通道，8路數(shù)字I/O通道，200kS/s的采樣率，輸入電壓范圍±10V，用于采集測(cè)試的大部分參數(shù)并檢測(cè)保護(hù)狀態(tài)。由于要測(cè)試的項(xiàng)目比較多，不同的測(cè)試項(xiàng)目對(duì)應(yīng)不同的測(cè)試電路，因此，另選取了一塊數(shù)字I/O卡PCI－6514，它含有32路數(shù)字輸入和32路數(shù)字輸出，用于向測(cè)試電路發(fā)送通斷控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)測(cè)試電路的切換。
　　在進(jìn)行開(kāi)關(guān)時(shí)間測(cè)試和恢復(fù)時(shí)間測(cè)試時(shí)，需要采集的波形包括集電極電流IC、柵極－發(fā)射極間電壓UGE、集電極－發(fā)射極間電壓UCE。這些參數(shù)的值都比較大，用采集卡來(lái)采集這些參數(shù)需設(shè)計(jì)降壓電路且測(cè)試的誤差會(huì)比較大。故設(shè)計(jì)中使用示波器直接采集這些波形，并通過(guò)GPIB總線，實(shí)現(xiàn)示波器與計(jì)算機(jī)的通信，通過(guò)LabVIEW軟件接收來(lái)自示波器的波形，利用LabVIEW的數(shù)據(jù)處理功能，通過(guò)軟件編程計(jì)算出所測(cè)的時(shí)間參數(shù)。
2 IGBT綜合參數(shù)測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
　　IGBT的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的控制，完成整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化過(guò)程。主要實(shí)現(xiàn)向測(cè)試電路發(fā)送控制信號(hào)、采集測(cè)試數(shù)據(jù)和波形、處理采集數(shù)據(jù)、顯示最終結(jié)果的功能。該虛擬測(cè)試系統(tǒng)的軟件是分模塊實(shí)現(xiàn)的，主要模塊有系統(tǒng)登錄模塊、系統(tǒng)自檢模塊、柵極－發(fā)射極閾值電壓測(cè)試模塊、集電極－發(fā)射極截止電流測(cè)試模塊、集電極－發(fā)射極飽和電壓測(cè)試模塊、IGBT開(kāi)通關(guān)斷時(shí)間測(cè)試模塊以及續(xù)流二極管的恢復(fù)時(shí)間測(cè)試模塊。
　　系統(tǒng)軟件編程工具采用NI的LabVIEW8.0，系統(tǒng)最終的測(cè)試界面如圖3所示。開(kāi)始測(cè)試前應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢；測(cè)試過(guò)程中如果有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)熱等現(xiàn)象，系統(tǒng)會(huì)即刻報(bào)警并停止測(cè)試。對(duì)于沒(méi)有并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT則不需要進(jìn)行恢復(fù)時(shí)間測(cè)試。
設(shè)計(jì)中，除開(kāi)關(guān)時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間外的其他參數(shù)都是通過(guò)PCI－6024E采集卡經(jīng)必要的降壓濾波等電路后直接測(cè)得，然后在LabVIEW中進(jìn)行必要的放大等處理就可以直接得出測(cè)試結(jié)果。對(duì)于時(shí)間參數(shù)，則利用示波器與計(jì)算機(jī)通信，用LabVIEW接收示波器采集的波形和數(shù)據(jù)。關(guān)于示波器與LabVIEW的通信方法可參考文獻(xiàn)[6]。

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　　基于虛擬儀器的IGBT測(cè)試系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的采用示波器讀取測(cè)試參數(shù)的方法，實(shí)現(xiàn)了測(cè)試的快速性和精確性。該系統(tǒng)具有極強(qiáng)的擴(kuò)展性，通過(guò)改變母線直流供電電源、更換IGBT驅(qū)動(dòng)器等措施就可以對(duì)更多型號(hào)的IGBT進(jìn)行測(cè)試。實(shí)際的IGBT測(cè)試需要進(jìn)行常溫測(cè)試和高溫測(cè)試，本系統(tǒng)目前只適合在常溫下測(cè)試，對(duì)于高溫測(cè)試系統(tǒng)中的保護(hù)和負(fù)載電路還有待進(jìn)一步研究，測(cè)試電路在驅(qū)動(dòng)和濾波等方面還需有所改進(jìn)。