CN106154134A

CN106154134A - 一种晶闸管四象限触发特性参数测试装置

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Publication number: CN106154134A
Application number: CN201610446215.5A
Authority: CN
Inventors: 韦文生; 罗飞; 吴宇栋
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Ruineng Semiconductor Technology Co., Ltd.
Priority date: 2016-06-18
Filing date: 2016-06-18
Publication date: 2016-11-23
Anticipated expiration: 2036-06-18
Also published as: CN106154134B

Abstract

本发明提供一种晶闸管四象限触发特性参数测试装置，包括测试及状态监视电路、显示电路以及主控制器；主控制器用于输出当前指令给测试及状态监视电路，以及接收测试及状态监视电路当前采集到的电压信号和/或电流信号，确定被测晶闸管触发特性参数当前值并输送给显示电路显示；测试及状态监视电路包括与主控制器均相连的测试条件形成电路和状态监视电路；其中，测试条件形成电路用于接收主控制器输出的当前指令，并根据当前指令，在被测晶闸管的阳极、阴极、栅极上分别加载相应的测试条件信号；状态监视电路用于监视被测晶闸管对应于当前测试条件信号加载其上之后被测晶闸管的状态。实施本发明，能自动实现晶闸管四象限触发特性参数的测试，且省时省力。

Description

一种晶闸管四象限触发特性参数测试装置

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，尤其涉及一种晶闸管四象限触发特性参数测试装置。

背景技术

晶闸管又称为可控硅整流管，是一种较为典型的以小电流控制大电流的半可控器件，可广泛应用于直流变换、相控整流及交流调压等领域。晶闸管是四层三端电流触发型器件，它的三个电极分别为阳极(A)、阴极(K)和栅级(G)。晶闸管能够双向导通，可工作在第一、二、三、四象限(例如：A极、G极都为正时，工作在第一象限；A极为正、G极为负时，工作在第二象限；A极、G极都为负时，工作在第三象限；A极为负、G极为正时，工作在第四象限)。

现有技术中，晶闸管的研究已得到广泛关注。如郭帆等研究了载流子运动对晶闸管开通过程的影响[郭帆，何小平，王海洋，贾伟.晶闸管触发开通特性[J]，强激光与粒子束，2012,10:2483-2487.]，讨论了不同触发方式和在不同工作电压下晶闸管的开通特性。如在晶闸管初始导通过程中，由于其过大的电流上升率di/dt导致正常晶闸管器件损坏[高占成，潘福泉，关艳霞.提高晶闸管di/dt能力的研究[J]，电力电子，2013,03:25-28+24.]，晶闸管的di/dt损坏机制主要有热疲劳和热逸走两种机制，可采取相应的措施来提高di/dt耐受性：通过改进光刻版图形来增加初始导通线的长度；通过强触发来提高它的扩展速度。如在晶闸管触发电路的各环节中[谢珍贵.晶闸管触发电路同步电压的选择[J]，水利科技，2004,04:55-56+60.]，同步移向是至关重要的一个环节，它可以用来产生改变相位的脉冲，该脉冲是用以触发整流桥中的晶闸管。触发脉冲必须在阳极电位高于阴极电位处出现[何晓平.晶闸管在高压软启动中的选型与应用[J]，变压器世界，2009,08:15.]，晶闸管才能被触发导通，所以必须正确供给各触发电路特定相位的同步信号电压，这样可以让触发电路在相应的时候输出触发脉冲。

因此随着时代的进步，晶闸管触发特性测试也逐步发展。李棣荣制作的晶闸管触发特性测试仪[李棣荣.晶闸管伏安、触发特性测试仪[J]，电机电器技术，1986,03:1-2.]，手动操作，没有智能化的自动测试程序，费时费力；另一方面，由于晶闸管触发的灵敏性，手工测试结果的准确性难以保证。先明设计的可控硅触发特性参数测试仪[先明.可控硅触发特性参数测试仪的设计与制作[J]，成都大学学报(自然科学版)，1995,2:58-60.]，脉冲电流要求从1mA——500mA连续可调，触发脉冲幅值要求从0.8V—9V连续可调，输出脉冲宽度从0.4mS—8mS连续可调，手工操作、记录。詹玉鑫开发的晶闸管参数的自动测试装置[詹玉鑫.晶闸管参数的自动测试方法研究与实现[D].成都：电子科技大学，2013.]，包含上位机和下位机，主要硬件构成包括电源部分、核心板(CPU)、高压板(HVB)，时间参数测试板(TFB)，以及低压恒压源/恒流源板(LVB)，并用软件实现自动测试流程控制；这种包含上位机和下位机的结构复杂，成本高，体积大，操作不够方便，没有涉及四象限触发特性参数的测试。现有检测高压可控硅触发导通延时时间的装置[授权专利号为ZL201120290477]，可以检测出高压可控硅在门极施加触发信号的时候可控硅的导通延时时间，从而了解可控硅的导通特性，以及触发脉冲的给定是否能够使可控硅在正常的时间内导通，但没有涉及测量触发特性参数。

因此，亟需一种晶闸管触发特性测试装置，能够自动实现晶闸管四象限触发特性参数的测试，省时省力。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种晶闸管触发特性测试装置，自动实现晶闸管四象限触发特性参数的测试，且省时省力。

本发明实施例提供了一种晶闸管触发特性测试装置，包括测试及状态监视电路、显示电路以及与所述测试及状态监视电路和所述显示电路均相连的主控制器；其中，

所述主控制器，用于输出当前指令给所述测试及状态监视电路，以及接收所述测试及状态监视电路获取到当前指令后被测晶闸管上的电压信号和/或电流信号，并根据所述接收到的电压信号和/或电流信号，确定所述被测晶闸管触发特性参数当前值，且进一步将所述确定的触发特性参数当前值输送给所述显示电路显示；其中，所述主控制器输出的控制指令包括第一指令、第二指令、第三指令、和第四指令；

所述测试及状态监视电路包括测试条件形成电路和状态监视电路；其中，所述测试条件形成电路的第一端与所述被测晶闸管的阳极，第二端与所述被测晶闸管的栅极相连，第三端与所述被测晶闸管的阴极相连，第四端与所述主控制器相连，用于接收所述主控制器输出的当前指令，并根据所述接收到的当前指令，在所述被测晶闸管的阳极、栅极、阴极上分别加载相应的测试条件信号；所述状态监视电路的第一端与所述被测晶闸管的阳极，第二端与所述被测晶闸管的栅极相连，第三端与所述被测晶闸管的阴极相连，第四端与所述主控制器相连，用于监视所述被测晶闸管导通或断开，并在所述被测晶闸管导通时，采集所述被测晶闸管上对应于当前指令的电压信号和/或电流信号。

其中，所述测试条件形成电路包括由第一数模转换器、第一运放芯片、第一光电耦合器、第二运放芯片、第一场效应管、第一电流负反馈电路和第一继电器形成的阳极/阴极加载信号电路，以及由第二数模转换器、第三运放芯片、第四运放芯片、第二电流负反馈电路和第二继电器形成的栅极/阴极加载信号电路；其中，

所述第一数模转换器的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述第一运放芯片的正输入端相连，用于接收所述主控制器输出的当前指令，并根据所述接收到的当前指令输出相应的一模拟信号；

所述第一运放芯片的负输入端与一内部工作电压源相连，输出端与所述第一光电耦合器的输入端相连，用于将所述第一数模转换器的模拟信号进行放大处理；

所述第一光电耦合器的输出端与所述第二运放芯片的正输入端相连，用于将所述放大处理后的第一数模转换器的模拟信号的电平值通过光电转换输送给第二运放芯片，实现强弱电隔离，使得所述被测晶闸管的阳极与其对应的阴极之间可实现双向导通；

所述第二运放芯片的负输入端与所述第一场效应管的源极相连，输出端与所述第一场效应管的栅极相连，用于将所述调整后的第一数模转换器的模拟信号进行放大处理；

所述第一场效应管的漏极与所述第一继电器的输入端相连，且在所述第一场效应管的漏极及其对应的栅极之间还串接有所述第一电流负反馈电路，用于所述第一场效应管导通时，输出所述第二运放芯片放大处理的测试条件信号；

所述第一继电器的控制端与所述主控制器相连，第一输出端与所述被测晶闸管的阳极相连，第二输出端与所述被测晶闸管的阴极相连，用于根据所述主控制器输出的高电平信号或低电平信号，选择与所述被测晶闸管的阳极或阴极连接，并相应的将所述第一场效应管输出的测试条件信号稳定地加载在所述被测晶闸管的阳极或阴极上；其中，当所述主控制器输出高电平信号时，所述第一继电器选择与所述被测晶闸管的阳极连接；当所述主控制器输出低电平信号时，所述第一继电器选择与所述被测晶闸管的阴极连接；

所述第二数模转换器的输入端与所述主控制器相连，输出端与所述第三运放芯片的正输入端相连，用于接收所述主控制器输出的当前指令，并根据所述接收到的当前指令输出相应的另一模拟信号；

所述第三运放芯片的负输入端与所述主控制器相连，输出端与所述第四运放芯片的正输入端相连，用于将所述第二数模转换器的模拟信号进行放大处理；

所述第四运放芯片的负输入端与另一内部工作电压源相连，输出端与所述第二场效应管的栅极相连，用于将所述放大处理后的第二数模转换器的模拟信号进行二次放大处理；

所述第二场效应管的源极与所述第二继电器的输入端相连，且在所述第二场效应管的栅极及源极之间还串接有所述第二电流负反馈电路，用于所述第二场效应管导通时，输出所述第四运放芯片放大处理的测试条件信号；

所述第二继电器的控制端与所述主控制器相连，第一输出端与所述被测晶闸管的栅极相连，第二输出端与所述被测晶闸管的阴极相连，用于根据所述主控制器输出的低电平信号和高电平信号，选择与所述被测晶闸管的栅极或阴极连接，并相应的将所述第四运放芯片输出的测试条件信号稳定地加载在所述被测晶闸管的栅极或阴极上；其中，当所述主控制器输出低电平信号时，所述第二继电器选择与所述被测晶闸管的栅极连接；当所述主控制器输出高电平信号时，所述第二继电器选择与所述被测晶闸管的阴极连接。

其中，所述状态监视电路包括与所述被测晶闸管阳极相连的稳压二极管，以及可与所述被测晶闸管阳极、栅极、阴极分别相连的第二光电耦合器，且所述第二光电耦合器还与所述主控制器相连。

其中，当所述主控制器输出的当前指令为第一指令时，所述被测晶闸管的阳极及其栅极加载的电流信号的电平值均为正数。

其中，当所述主控制器输出的当前指令为第二指令时，所述被测晶闸管的阳极加载的电流信号的电平值为正数，所述被测晶闸管的栅极加载的电流信号的电平值为负数。

其中，当所述主控制器输出的当前指令为第三指令时，所述被测晶闸管的阳极加载的电流信号的电平值为负数，所述被测晶闸管的栅极加载的电流信号的电平值为正数。

其中，当所述主控制器输出的当前指令为第四指令时，所述被测晶闸管的阳极及其栅极加载的电流信号的电平值均为负数。

其中，所述显示电路由LCD液晶屏形成。

其中，所述触发特性参数包括所述被测晶闸管的阳极维持电流、栅极触发电流和栅极触发电压。

实施本发明，具有如下有益效果：

与现有技术中只能单个地加载在被测晶闸管阳极、栅极、阴极信号(单象限)且只能得到单个测试参数值相对比，本发明实施例的测试装置不仅可以自动对多个不同加载在被测晶闸管阳极、栅极、阴极信号(四象限)进行测试，且还可以在每一个测试中得到多个触发特性参数值(阳极维持电流、栅极触发电流和栅极触发电压等)，省时省力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置的系统结构图；

图2为图1测试及状态监视电路中测试条件形成电路的系统结构连接示意图；

图3为图1测试及状态监视电路中状态监视电路的系统结构连接示意图；

图4为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置中电源电路的应用场景图；

图5为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置中主控制器的应用场景图；

图6为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置中测试及状态监视电路的应用场景图；

图7为图6中测试及状态监视电路内阳极/阴极信号加载电路应用场景所用到各器件输出的波形图；其中，1为第一数模转换器IC1的OUT端口的波形，2为第一运放芯片IC3输出端口的波形，3为第一光电耦合器IC4输出端(IC5正输入端)的波形，4为第一场效应管漏极(被测晶闸管阳极A)的波形；

图8为图6中测试及状态监视电路内栅极/阴极信号加载电路应用场景所用到各器件输出的波形图；其中，1为第二数模转换器IC2中OUT端口的波形，2为第三运放芯片IC7A输出端的波形，3为第四运放芯片IC7B输出端的波形；

图9为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置中针对BT137-600E型双向晶闸管测得的触发特性参数显示图；

图10为本发明实施例提供的一种晶闸管触发特性测试装置中针对BTA12-600B型双向晶闸管测得的触发特性参数显示图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1所示，为本发明实施例中，提供的一种晶闸管触发特性测试装置，包括测试及状态监视电路2、显示电路3以及与测试及状态监视电路2和显示电路3均相连的主控制器1；其中，

主控制器1，用于输出当前指令给测试及状态监视电路2，以及接收测试及状态监视电路获取到当前指令后采集被测晶闸管上的电压信号和/或电流信号，并根据接收到的电压信号和/或电流信号，确定被测晶闸管触发特性参数当前值，且进一步将确定的触发特性参数当前值输送给显示电路3显示；其中，主控制器1输出的控制指令包括第一指令、第二指令、第三指令、和第四指令；触发特性参数包括被测晶闸管的阳极维持电流、栅极触发电流和栅极触发电压；

测试及状态监视电路2包括与测试条件形成电路21和状态监视电路22；其中，测试条件形成电路21的第一端a1与被测晶闸管的阳极A相连，第二端a2与被测晶闸管的栅极G相连，第三端a3与被测晶闸管的阴极K相连，第四端a4与主控制器1相连，用于接收主控制器1输出的当前指令，并根据接收到的当前指令，在被测晶闸管的阳极A、栅极G、阴极K上分别加载相应的测试条件信号；状态监视电路22的第一端b1与被测晶闸管的阳极A相连，第二端b2与被测晶闸管的栅极G相连，第三端b3与被测晶闸管的阴极K相连，第四端b4与主控制器1相连，用于监视所述被测晶闸管导通或断开，并在被测晶闸管导通时，采集被测晶闸管上对应于当前指令的电压信号和/或电流信号；

显示电路3由LCD液晶屏形成。

更进一步的，如图2所示，测试条件形成电路21包括由第一数模转换器211、第一运放芯片212、第一光电耦合器213、第二运放芯片214、第一场效应管215\第一电流负反馈电路216和第一继电器217形成的阳极/阴极信号加载电路，以及由第二数模转换器218、第三运放芯片219、第四运放芯片210、第二场效应管2101、第二电流负反馈电路2102和第二继电器2103形成的栅极/阴极信号加载电路；其中，

第一数模转换器211的输入端与主控制器1相连，输出端与第一运放芯片212的正输入端(+)相连，用于接收主控制器1输出的当前指令，并根据接收到的当前指令输出相应的一模拟信号；

第一运放芯片212的负输入端(-)与一内部工作电压源Vcc1相连，输出端与第一光电耦合器213的输入端相连，用于将第一数模转换器211输出的模拟信号进行放大处理；

第一光电耦合器213的输出端与第二运放芯片214的正输入端(+)相连，用于将放大处理后的第一数模转换器211的模拟信号的电平值通过光电转换输送给第二运放芯片214，实现强弱电隔离，使得被测晶闸管的阳极A与其对应的阴极K之间可实现双向导通；

第二运放芯片214的负输入端(-)与第一场效应管215的源极S1相连，输出端与第一场效应管215的栅极G1相连，用于将调整后的第一数模转换器211的模拟信号进行放大处理；

第一场效应管215的漏极D1与第一继电器217的输入端J11相连，且在第一场效应管215的漏极D1及栅极G1之间还串接有第一电流负反馈电路216，用于第一场效应管215导通时，输出第二运放芯片214放大处理的测试条件信号；

第一继电器217的控制端J10与主控制器1相连，第一输出端J12与被测晶闸管的阳极A相连，第二输出端J13与被测晶闸管的阴极K相连，用于根据主控制器1输出的高电平信号或低电平信号，选择与被测晶闸管的阳极A或阴极K连接，并相应的将第一场效应管215输出的测试条件信号稳定地加载在被测晶闸管的阳极A或阴极K上；其中，当主控制器1输出高电平信号时，第一继电器217选择与被测晶闸管的阳极A连接；当主控制器1输出低电平信号时，第一继电器217选择与被测晶闸管的阴极K连接；

第二数模转换器218的输入端与主控制器1相连，输出端与第三运放芯片219的正输入端(+)相连，用于接收主控制器1输出的当前指令，并根据接收到的当前指令输出相应的另一模拟信号；

第三运放芯片219的负输入端(-)与主控制器1相连，输出端与第四运放芯片210的正输入端(+)相连，用于将第二数模转换器218的模拟信号进行放大处理；

第四运放芯片210的负输入端(-)与另一内部工作电压源Vcc2相连，输出端与第二场效应管2101的栅极G2相连，用于将放大处理后的第二数模转换器218的模拟信号进行二次放大处理；

第二场效应管2101的源极S2与第二继电器2103的输入端J21相连，且在第二场效应管2101的栅极G2及源极S2之间还串接有第二电流负反馈电路2102，用于第二场效应管2101导通时，输出第四运放芯片210放大处理的测试条件信号；

第二继电器2103的控制端J20与主控制器1相连，第一输出端J22与被测晶闸管的栅极G相连，第二输出端J23与被测晶闸管的阴极K相连，用于根据主控制器1输出的低电平信号或高电平信号，选择与被测晶闸管的栅极G或阴极K连接，并相应的将第四运放芯片210输出的测试条件信号稳定地加载在所述被测晶闸管的栅极G或阴极K上；其中，当主控制器1输出低电平信号时，第二继电器2103选择与被测晶闸管的栅极G连接；当主控制器1输出高电平信号时，第二继电器2103选择与被测晶闸管的阴极K连接。

应当说明的是，主控制器1应同时加载高电平信号于第一继电器217及第二继电器2103上，此时状态监视电路22同时连接在晶闸管栅极G和阴极K上，或同时加载低电平信号于第一继电器217及第二继电器2103上，此时状态监视电路22同时连接在晶闸管阳极A和阴极K上。

更进一步的，如图3所示，状态监视电路22包括与被测晶闸管阳极A相连的稳压二极管221，以及可与被测晶闸管阳极A、栅极G、阴极K分别相连的第二光电耦合器222，且第二光电耦合器222还与主控制器1相连。

在本发明实施例中，主控制器1通过四种指令方式，实现被测晶闸管的四象限触发特性测试，得到对应的触发特性参数值，具体如下：

(1)当主控制器1输出的当前指令为第一指令时，被测晶闸管的阳极A及其栅极G加载的电流信号的电平值均为正数，此为第一象限；

(2)当主控制器1输出的当前指令为第二指令时，被测晶闸管的阳极A加载的电流信号的电平值为正数，被测晶闸管的栅极G加载的电流信号的电平值为负数，此为第二象限；.

(3)当主控制器1输出的当前指令为第三指令时，被测晶闸管的阳极A加载的电流信号的电平值为负数，被测晶闸管的栅极G加载的电流信号的电平值为正数，此为第三象限；

(4)当主控制器1输出的当前指令为第四指令时，被测晶闸管的阳极A及其栅极G加载的电流信号的电平值均为负数，此为第四象限。

更进一步的，测试装置还包括电源电路。

如图4至图6所示，对本发明实施例中的晶闸管触发特性测试装置的应用场景做进一步说明：

图4为电源电路的应用场景图，220V的商业交流电通过电源插座接入，开关K完成电路的开通/关断，当过载或者短路电流流过0.5A的熔断器时，大电流产生的热量使熔断器熔断，断开电路，起到保护作用。外接的220V交流电通过降压变压器B1降压后，输出低电压；二极管D2和D3起到全波整流作用，将降压后的交流电整流成直流电；再通过7812型三端固定稳压器IC12稳定输出电压为+12V的稳定电压。电容C13和电容C6分别作为稳压器IC12输入端和输出端的滤波电容，用来滤除纹波成分，使得输出的直流更加稳定。通过整流桥D4将降压变压器输出的交流电变为直流电。7812型三端固定稳压器IC11的功能与IC12类似，将输出直流电压+12V，同样电容C12和电容C7分别作为IC11输入端和输出端的滤波电容，使输出的直流电压更为平稳。通过7805型三端稳压集成电路IC13输出稳定电压+5V，电容C9起到滤波作用。稳压二极管D5，输出稳定电压-5V，电容C10接地滤波，提高稳定性能。

图5为主控制器的应用场景图，以89C51型主CPU单片机IC9为核心构成主控制器。CPU的P10-P17端口连接输入键盘，作为整个系统的测试输入模块。P10-P17端口是带有内部上拉电阻的8位双向I/O口，它的缓冲器可以接收和输出4TTL逻辑门电流。当P10-P17端口被写入“1”时，被内部上拉电阻拉到高电平，此时可作为输入口。在Flash编程和校验期间，P10-P17端口会接收低八位地址。显示电路由EDM2004型液晶显示器LCD及其周围器件组成，CPU的P00-P07端口分别与LCD的DB0-DB7双向数据端口相连，构成该系统的测试条件信号参数和测试结果显示模块。P10-P17端口是一个8位的漏极开路型双向I/O口，每个端口脚可以吸收8TTL逻辑门电流。在程序校验时，P10-P17端口可作为输出端口，要求外接上拉电阻。图5中的电阻R19就是外接单片机P10-P17端口的上拉电阻，它可以把信号嵌为在高电平，可以增加在高电平输出时的驱动能力，减少外部对芯片产生的干扰，增加电流稳定性。LCD的VSS端口接地，VDD端口接电源+5V，VEE端口和电位器W4相连，通过W4可调节其电压值，RS端口与单片机的RD标准输入输出口相连，CPU的RD端口可作备选功能，为外部数据存储器的读选通信号输出口。当RS高电位时，表示DB0-DB7为显示数据；RS为低电平时，表示DB0-DB7为显示指令数据，在该系统需要通过CPU的RD端口将RS端口设为高电平，对测试结果进行显示。R/W端口与单片机的WR端口标准输入输出口相连，WR端口同样具有第二功能，为外部数据存储器的写选通信号输出口。R/W端口为读写信号线，当高电平的时候会进行读选操作，在低电平的时候会进行写选操作。通过WR数据输出至R/W端口脚，最终在LCD显示屏上进行显示。E端口为LCD的使能端口，与CPU的T1标准端口相连，T1端口的第二功能为计数器1计数脉冲的输入口，可接受LCD使能端信号。最后LED+为背光正极，串联一个电阻R17与电源相连，电阻起限流作用。LED-为背光负极，此时接地。

UNL2003型高耐压、大电流达林顿晶体管IC10的输出端口O0、O1、O2、O3分别直接驱动继电器J1、J2、J3、J4。本测试系统中，IC10的四个输入端口A0、A1、A2、A3分别与CPU的RXD、TXD、INT0、T0相连，并且外接一个上拉电阻R23，增强系统驱动能力，减少外界干扰。继电器J1调节晶闸管阳极A极的电流档位，电阻R5、R6并联或断开时电流变化10倍；继电器J3的动作使电阻R11、R12并联或断开，电流变化10倍，用于设置栅极电流的高低档(400mA和40mA)。继电器J2和继电器J4用于调整晶闸管的工作象限：当A极和G极的电平值都为正时，晶闸管工作于第一象限；当A极的电平值为正、G极的电平值为负时，晶闸管工作于第二象限；当A极和G极的电平值都为负时，晶闸管工作于第三象限；当A极的电平值为负、G极的电平值为正时，晶闸管工作于第四象限。一般第一和第三象限比较常用，第二和第四象限不常用。双向晶闸管可工作于第一和第三象限。

IC8TLC2543型12位串行模/数(A/D)转换器IC8具有转换快、稳定性好、价格便宜、高分辨率的优点，它将得到的模拟信号经过A/D转换后输出至CPU。在装置中，IC8的IN0-IN9以及VZ-端口均接地。IC8的IN10与测试条件产生电路相连，接收模拟信号量。IC8的VZ+端口为正基准电压端。IC8的CS′为控制端口，片选端、电平由高到低时有效，信号从外部输入，该端口接CPU的P22。I/OC为控制端口，从外部输入，用于控制输入和输入的时钟，该端口接CPU的P24。IC8的IN为控制字输入端口，由此端口可以输入选择通道还有输出格式的控制字，该端口接CPU的P23。IC8的OUT为转换数据输出端口，可以按3态串行的方式输出A/D转换结果，通过CPU的P27端口进行数据接收。IC8的VCC端接电源，串联一个电容C18，用作去耦电容。IC8的模/数转换器过程：起先，CS′片选为高电平，I/OC、IN被禁止，OUT呈现高阻状态。当CS′变为低电平，I/OC、IN接收使能信号，OUT脱离高阻状态。时钟信号从I/OC端口逐次加入，控制字从IN串行逐位地在始终信号上升沿送入IC8，同时输出数据寄存器的数据在OUT逐位输出。当接收到第四个时钟信号后，开始进行对选定通道的模拟量采样。保持至第12个时钟信号的下降沿，对采样得到的模拟量进行A/D转换，大约需要10μS的转换时间，转换得到的数据保存在输出数据寄存器中，一个模/数转换周期结束。本装置中通过图6的数/模转换器IC2由CPU内软件设置触发电流，按该电流的百分比增加，在此过程中若已被触发，就直接读出A/D转换结果，由CPU分别记忆I_H、I_GT、V_GT并输送给LCD显示；若未被触发，则进行A/D转换。继续增大栅极触发电流I_GT，阳极维持电流I_H、栅极触发电压V_GT随之增加，小量程满了则跳至大量程。

TL431C型可控精密稳压源IC14与电阻R16和电位器W3相连，通过电位器W3调准基准电压，在此处需要基准电压4.096V作用于IC8的14脚。电容C21有接地滤波作用。电阻R14和电阻R15有分压作用，目的是为了获得TLC5615型数/模转换器IC1和IC2的基准电压，本装置在此处需要设置IC1和IC2的基准电压为2.048V。CPU的P25端口接“测试”按钮，按下该按钮即可开始测试。CPU的P26管脚连接9012型三极管TR4组成的报警电路，当被测管参数不合格时该端口会输出高电平。CPU的P25和P26端口的电平均为1个TTL的能力，用户需要扩充机械化自动测试时可充分利用其功能，但要注意P25端口下拉应该是不超过300mS宽度的脉冲而不是直流电平，脉冲的下降沿有效。报警电路由三极管TR4、蜂鸣器和电容C15构成，此处三极管TR4作开关电路应用，电容C15起滤波作用。CPU的X1和X2端口为时钟电路引脚，可通过外接晶振与单片机内部的反相放大器构成一个振荡器。它的功能是为单片机IC9提供时钟控制信号。当外接晶振时，X1端口接地，X2端口接收振荡器信号。本测试装置中外接一个12MHz的晶振，电容C3和电容C4为起振电容，用于保证晶振的正常工作。CPU的RESST端口接“复位”按钮，按下按钮可以使系统重置复位。测试时遇到被测晶闸管某引脚开路，本机将停止测试或显示出错，且有的显示不再更新，这时应按动“RESET”键，重新设定才能使用。

图6为测试及状态监视电路的应用场景图，TLC5615型数/模转换器IC1担当第一数模转换器、TLC5615型数/模转换器IC2担当第二数模转换器；其中，IC1和IC2的DEN、SCLK端口都分别与CPU芯片的P23、P24端口相连，接收来自CPU的信号；IC1和IC2的CS′端口分别与CPU的P20、P21端口相连接收来自CPU的信号；IC1和IC2的DEN、SCLK、CS′端口分别为串行输入端、串行时钟输入端、芯片选用端，CS′用于控制IC1和IC2的工作状态，低电平时有效；IC1和IC2的VCC端外接电压。

第一数模转换器IC1串联一个电容C14进行滤波，IC2串联一个电容C17进行滤波；OUT端口用于模拟电压输入，图5中单片机IC9产生的脉冲信号经过IC1、IC2转换为模拟电压输入到下一级电路。IC1的OUT端口与LF411型第一运放芯片IC3的同相输入端相连，IC3的输入端误差小、漂移小。IC1输出的模拟电压经过IC3放大后的输出电压与TIL300型第一光电耦合器IC4相连，IC4可使电源悬浮，可测双向晶闸管。

由电阻R5、电阻R6、电位器W1配合继电器J1的通断选择维持电流I_H高低端(低挡80mA左右，高档800mA左右)。光耦合器IC4输出电压至第二运放芯片IC5进行放大。电位器W2用于IC5调零，一般调到1/2位置即可。

2SJ306型场效应管TR1担当第一场效应管，用于提供阳极/阴极电流，同时起到软保护作用。TR1旁边的电阻R25＝100Ω和电容C20＝10nF担当第一电流负反馈电路，用于稳定阳极电流，继电器J2担当第一继电器，用于在被测晶闸管中选择阳极或阴极，并相应的加载测试条件信号。

第二数模转换器IC2的OUT端口输出模拟电压信号至担当第三运放芯片的LF412型低偏移、低漂移双路JFET输入运算放大器IC7A进行放大，使得9014型三极管TR3的电流增大，TR3发射极的电压通过1N749型二极管D6稳压，电容C22进行滤波，稳定的电信号输出至IC8模/数转换器的IN10脚。2SJ306型P沟道场效应管TR2担当第二场效应管用于提供栅极/阴极电流，并起到软保护作用。TR2旁的电阻R26、R10、R12、IC7B配合继电器J3的通断选择栅极电流I_G高低端。TR2旁的电阻R27、电容C11担当第二电流负反馈电路，用于稳定TR2的栅极、源极电流。IC7A、IC7B和TR3把以地为基准转换成以12V为基准，输出相应的栅极触发电流，继电器J4担当第二继电器，用于在被测晶闸管中选择栅极或阴极，并相应的加载测试条件信号。

电阻R7、1N746型二极管D1、TIL117型光耦合器IC6与CPU组成状态监视电路，监视被测晶闸管触发与否，一旦触发，CPU记录被测晶闸管的栅极触发电流I_GT、栅极触发电压V_GT、维持电流I_H，从CPU中输出给液晶显示器LCD显示；其中，1N746型二极管D1担当稳压二极管，光电耦合器IC6担当第二光电耦合器。

图4至图6中，晶闸管触发特性测试装置应用的测试方法具体如下：

在测试条件形成电路中，CPU经过TLC5615型数/模转换器IC1设置了较(最)大的阳极电流I_A值，并且经过LF411型运算放大器IC3、TIL300型光耦合器IC4送到2SJ306型场效应管TR1输出至被测晶闸管的阳极A/阴极K，电路的波形如图7所示；

在测试条件形成电路中，CPU经过TLC5615型数/模转换器IC2设置了从小逐渐增大的栅极电流I_G，电路的波形如图8所示，并且通过状态监视电路不断监测被测晶闸管触发与否，由CPU探测被测晶闸管的栅极电压V_G值，当测试到被测晶闸管的A(阳极)——K(阴极)已触发，由CPU记忆此时的阳极维持电流I_H、栅极触发电流和触发电压即为I_GT和V_GT。

图4中IC12及供电的变压器次级也是独立的；图5的主控制及输入/输出电路中的键盘主要用于测试参数和工作状态的输入；同时图6中TIL300型光耦合器IC4可使供阳极电流I_A的电源悬浮，这样可测双向晶闸管。LCD则是将CPU发出的数据信号显示在屏上。

在测试开始之前，高、抵挡位设置了最大的阳极A电流I_A分别为1A和100mA，经过运算放大器IC3、光电耦合器IC4送到场效应管TR1输出至被测晶闸管的A极。然后开始加载栅极触发电流I_G，并且逐渐增大。如果阳极A--阴极K之间的电压突然下降，表示晶闸管突然触发，由图6中电阻R7、1N746型二极管D1、TIL117型光电耦合器IC6传递到CPU的INT1端口监视此状态，CPU记下I_G即为I_GT。与此同时，CPU经过D/A转换器IC2设置了从最小逐渐增大的栅极I_G，并且不断测试被测管栅极电压V_G值，当测试到被测管的A-K极导通时，记下此时的栅极电压，即为V_GT。之后，撤销I_G，即当I_G为0，晶闸管阳极A电流逐渐减小，当阳极A电压突然增大，增大前的A极的电流就是I_H，晶闸管处于关断的状态，从CPU内的寄存器读出I_H，测试完成。

如图9和图10所示，分别为针对BT137-600E型双向晶闸管和BTA12-600B型双向晶闸管进行测试得到的测试结果，具体分析如下：

在图9中，(a)、(b)、(c)、(d)分别为BT137-600E型双向晶闸管工作在第一至第四象限(A极、G极都为正时，在第一象限；A极为正、G极为负时，在第二象限；A极、G极都为负时，在第三象限；A极为负、G极为正时，在第四象限)的I_GT、V_GT、I_H测试结果。(a)为第一象限的数据；(b)中间列、右列分别为第一、二象限的数据；(c)中间列、右列分别为第一、三象限的数据；(d)中间列、右列分别为第一、四象限的数据。可见，四次测试中第一象限数据几乎不变，说明本装置工作稳定，重复性好；第二象限的I_GT大幅增加，V_GT相应增大，I_H大幅减小；第三象限的I_GT增加，V_GT几乎不变，I_H与第二象限的结果接近；第四象限时，I_GT增加，V_GT减小，I_H稍变小。可见，晶闸管工作于第一象限触发灵敏，使用时尽可能工作在此象限，效果更好。

在图10中，BTA12-600B型双向晶闸管工作在第一象限时的I_GT、V_GT、I_H测试结果稳定；第二象限时I_GT大幅增大，V_GT、I_H几乎不变；第三象限I_GT增大，V_GT、I_H少许减小；第四象限的情况与第三象限结果类似。通过查阅可知，BTA12-600B的I_GT最大值为50mA，V_GT最大值为1.3V，I_H最大值为50mA，本装置测试结果与之相符。

实施本发明实施例，具有如下有益效果：

与现有技术中只能单个测试加载在被测晶闸管阳极及栅极信号(单象限)且只能得到单个参数值相对比，本发明实施例的测试装置不仅可以自动对多个不同加载在被测晶闸管阳极及栅极信号(四象限)进行测试，且还可以在每一个测试中得到多个参数值(栅极触发电流和栅极触发电压等)，省时省力。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims

1.一种晶闸管四象限触发特性参数测试装置，其特征在于，包括测试及状态监视电路、显示电路以及与所述测试及状态监视电路和所述显示电路均相连的主控制器；其中，

所述主控制器，用于输出当前指令给所述测试及状态监视电路，以及接收所述测试及状态监视电路当前采集到的电压信号和/或电流信号，并根据所述采集到的电压信号和/或电流信号，确定所述被测晶闸管触发特性参数当前值，且进一步将所述确定的触发特性参数当前值输送给所述显示电路显示；其中，所述主控制器输出的控制指令包括第一指令、第二指令、第三指令、和第四指令；

2.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述测试条件形成电路包括由第一数模转换器、第一运放芯片、第一光电耦合器、第二运放芯片、第一场效应管、第一电流负反馈电路和第一继电器形成的阳极/阴极加载信号电路，以及由第二数模转换器、第三运放芯片、第四运放芯片、第二电流负反馈电路和第二继电器形成的栅极/阴极加载信号电路；其中，

3.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述状态监视电路包括与所述被测晶闸管阳极相连的稳压二极管，以及可与所述被测晶闸管阳极、栅极、阴极分别相连的第二光电耦合器，且所述第二光电耦合器还与所述主控制器相连。

4.如权利要求1至3中任一项所述的测试装置，其特征在于，当所述主控制器输出的当前指令为第一指令时，所述被测晶闸管的阳极及其栅极加载的电流信号的电平值均为正数。

5.如权利要求1至3中任一项所述的测试装置，其特征在于，当所述主控制器输出的当前指令为第二指令时，所述被测晶闸管的阳极加载的电流信号的电平值为正数，所述被测晶闸管的栅极加载的电流信号的电平值为负数。

6.如权利要求1至3中任一项所述的测试装置，其特征在于，当所述主控制器输出的当前指令为第三指令时，所述被测晶闸管的阳极加载的电流信号的电平值为负数，所述被测晶闸管的栅极加载的电流信号的电平值为正数。

7.如权利要求1至3中任一项所述的测试装置，其特征在于，当所述主控制器输出的当前指令为第四指令时，所述被测晶闸管的阳极及其栅极加载的电流信号的电平值均为负数。

8.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述显示电路由LCD液晶屏形成。

9.如权利要求1所述的测试装置，其特征在于，所述触发特性参数包括所述被测晶闸管的阳极维持电流、栅极触发电流和栅极触发电压。