CN106646181B - 晶闸管测试电路和测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种晶闸管测试电路和测试方法。其中，该电路包括晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联容抗性的第二支路；第二支路的两端与一感抗性的第一支路的两端耦合连接形成LC振荡回路；所述第一支路与直流电压源、通断控制开关装置串联形成回路；晶闸管的门极连接到门极控制装置。还提供了应用上述电路对晶闸管进行测试的方法。本发明可用低压的直流电源实现测试，降低了对电源电压的要求。测试中无需改变直流电压源的电压和电感值，通过调节电感的充电时间、第二支路的电容和电阻等来调节电流上升率，方式更为灵活。本发明不但能用来测试门极触发时的临界电流上升率，也可以用来测试阴阳极之间正向或反向过电压击穿触发的临界电流上升率。

Description

晶闸管测试电路和测试方法

技术领域

本发明涉及电测量装置，特别是一种用于对晶闸管参数进行测试的电路和测试方法。

背景技术

晶闸管(Thyristor)，也称作可控硅，作为一种常见的半导体功率器件，广泛用于各种开关、整流、逆变和滤波等电路，特别是各种大功率的电气装置。作为开关应用时，晶闸管具有阻断和导通两个状态。在阻断状态下其具有双向耐压的特性，耐压大小按照应用的不同，从市电的几百伏特到几千伏特。在导通状态下，晶闸管的导通电流可以从几个安培到几千安培。

一种典型的晶闸管基本结构如图1所示，该晶闸管的基本结构由四层不同掺杂的半导体硅材料组成，其掺杂类型分别为P型，N型，P型和N型。其正面N型区引出阴极K、正面P型区引出门极G，背面P型区引出阳极A。当门极G没有控制电流流过时，阳极和阴极之间可以承受一个很高的阻断电压(正负电压均可)，此时晶闸管工作在阻断状态。当门极流过一定的控制电流后，晶闸管触发导通，AK之间可以流过大的电流。除了施加门极电流触发晶闸管的导通，阳极过电压击穿(AK之间的电压超过击穿电压Vbo)和过电压上升率(AK之间的电压上升率大于临界值)也会导致晶闸管的触发导通。

晶闸管的导通过程是不均匀的，参照图1，当在门极G和阴极K施加正的电压后，电流沿数字0所示通道由门极流入阴极，这个门极电流触发晶闸管的导通进一步触发晶闸管的导通。导通过程是从靠近门极那一部分(如图中数字1所示)开始，随后导通区域以门极为中心，向外扩散，沿图1中数字2、3、4、5的区域顺序依次导通。在最初导通的瞬间，靠近门极的区域电流密度最高，发热最为严重，其后导通从此点经横向扩展到较大区域，门极附近区域的电流密度快速下降，温度也迅速降低，而其它导通区温度升高。最终当电流密度在整个晶闸管内均匀分布后，晶闸管将达到热平衡状态。

在晶闸管导通的过程中，不均匀的导通过程会对器件造成很大伤害，这主要归因于以下两方面：一方面，过大的电流上升率(di/dt)意味着靠近门极的区域会在瞬间内流过很大的电流，其温度快速上升，温度过高可能会导致晶闸管失效；另一方面，每一次导通过程中晶闸管内的电流分布不均匀，相应导致半导体材料内存在温度梯度，从而产生热应力，反复导通多次循环后也会在晶闸管的本体区造成损伤，最终导致器件的失效。

晶闸管抗瞬态电流变化冲击的能力可以用“临界电流上升率”这一参数进行描述。针对是单次导通过程还是反复导通不同情况的器件损伤，“临界电流上升率”对应不可重复的“单次导通临界电流上升率”和可重复一定次数的“多次导通临界电流上升率”，对同一器件来说，前者一般大于后者。一般来说，将晶闸管开始失效时的导通电流上升率(di/dt)定义为临界电流上升率。

作为晶闸管的重要参数之一，业界目前对临界电流上升率的测量却并没有很好的方法。一种用来对临界电流上升率进行测试的电路原理示意图如图2所示。其中，待测试(DUT)的晶闸管Q1和电感L串联，连接在直流电压源的两端。当在Q1的门极施加电流脉冲后，Q1触发导通。设直流电压源的电压值为Vdd，此时电压Vdd加在电感L的两端，有L1×di/dt＝Vdd，从而有di/dt＝VDD/L。通过不断增大电压VDD或者调小电感L的值，即可以相应地增大电流上升率，直至晶闸管失效，此时对应的数值即为临界电流上升率。在实际的测试电路中，直流电压一般采用对电容充电至恒定电压来实现，并在电路中添加衰减电阻，当晶闸管触发导通后，回路是由电容、电感和电阻组成的阻尼电路。

按照图2的原理进行晶闸管测量时，直流电源要匹配晶闸管的电压特性，因此往往需要电压非常高的直流电压源Vdd。而且，由于只能通过增大电压Vdd或者调小电感L对电流上升率进行调整，因此实现不同的电流上升率也很困难。

发明内容

鉴于上述的问题，以及为了提供更安全、高效、灵活的晶闸管临界电流上升率测试途径，本发明提供了一种新的晶闸管测试电路结构和对晶闸管临界电流上升率进行测试的方法。

根据本发明的一种晶闸管测试电路，包括待测晶闸管(Q1)、感抗性的第一支路(100)、容抗性的第二支路(200)、门极控制装置(300)以及通断控制开关装置(400)，其中，晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联第二支路200；第二支路200的两端与第一支路100的两端耦合连接形成LC振荡回路；所述第一支路100与直流电压源VDD、通断控制开关装置400串联形成回路；晶闸管Q1的门极G连接到门极控制装置300。

根据本发明的较佳的实施方式，第二支路200为串联连接的电阻R1和电容C1或者为一RC串联等效电路。第一支路100为一电感元件L1或者为一LR串联等效电路。

根据本发明的较佳的实施方式，所述第二支路200和晶闸管Q1构成的回路空间位置伴随设置有寄生电感500。

根据本发明的较佳的实施方式，所述寄生电感500是绘制在晶闸管测试电路的电路板上，绘制的电感尺寸和结构对应相应寄生电感参数值。

根据本发明的较佳的实施方式，所述通断控制开关装置400为双向可导通的或者单向可导通的。特别是，所述通断控制开关装置400可由金属氧化物场效应晶体管MOSFET或绝缘栅型双极性晶体管IGBT与二极管D1反向并联实现。

根据本发明的较佳的实施方式，所述门极控制装置300为根据通断控制开关装置400的通断时序来输出门极控制信号的装置。或者，也可以是根据晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间的电压来输出门极控制信号的装置。

根据本发明的较佳的实施方式，所述门极控制装置300是在晶闸管阳极A和阴极K之间并联连接一分压电路，分压电路的电压输出Ur和参考电压Uref分别连接到比较器320的两个输入端，比较器320的输出端耦合到门极控制脉冲发生器310，后者根据比较器320的输出信号生成门极导通控制信号。

根据本发明的一种较佳的实施方式，在上述各个方案中，所述第二支路200与第一支路100的耦合方式为各支路两端分别直接连接，第二支路和第一支路并联。

根据本发明的另一种较佳的实施方式，在上述各个方案中，所述第二支路200与第一支路100耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻R5连接。

根据本发明的另一种较佳的实施方式，所述门极控制装置300为耦合于晶闸管Q1的门极G和阴极K之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合。

同时，本发明还提供了一种对晶闸管进行测试的方法，该方法包括以下步骤，

S1)搭建晶闸管测试电路，其中，被测晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联容抗性的第二支路200，第二支路200的两端与一感抗性的第一支路100的两端耦合连接形成LC振荡回路，所述第一支路100与直流电压源VDD、通断控制开关装置400串联形成回路，晶闸管Q1的门极G连接到门极控制装置300；

S2)根据设定的参数的配置晶闸管测试电路的各部分；

S3)对通断控制开关装置400和晶闸管门极G施加相应的测试控制信号，从而测试晶闸管Q1在该组电路参数下的工作状态；

S4)判断晶闸管Q1是否失效，失效则得到测试结果，否则继续步骤S5；

S5)改变测试电路的电路参数，重复步骤S2至S4，令晶闸管工作于不同电路环境直至晶闸管Q1失效，从而得到测试结果。

根据本发明的较佳实施方式，所述第二支路200和晶闸管Q1构成的回路空间位置伴随设置有寄生电感，步骤S2配置晶闸管测试电路包括：在电路板上绘制给定形状和尺寸的电感以获得相应参数的寄生电感。

根据本发明的较佳实施方式，在晶闸管测试方法中，所述步骤S3包括以下子步骤：

S301)通断控制开关装置400导通，第一支路100与电压源VDD形成通电回路，感抗性的第一支路充能；

S302)经时间ΔT1，通断控制开关装置400关断，在晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间施加测试电压；

S303)经时间ΔT2，门极控制装置300在晶闸管Q1的门极G施加控制输入，控制晶闸管Q1开始导通；

S304)测量和计算晶闸管Q1的导通电流上升率Tr并判断晶闸管Q1的状态。

根据本发明的较佳实施方式，步骤S4判断测试晶闸管Q1是否失效的方式为：晶闸管Q1对应测试控制信号的一个脉冲周期判断一次，从而获得不可重复的单次临界电流上升率测量值。

根据本发明的另一较佳实施方式，步骤S4判断测试晶闸管Q1是否失效的方式为：晶闸管Q1对应测试控制信号的每隔一定数量的脉冲周期判断一次，从而获得反复导通条件下的临界电流上升率测量值。

根据本发明的较佳实施方式，所述第二支路200与第一支路100耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻R5连接；直流电压源VDD的电压值和步骤S2中测试电路的元件参数值配置方式为：LC振荡回路中第一支路100两端的最高振荡输出电压大于被测晶闸管Q1阴极K和阳极A之间的正向或反向击穿电压。

根据本发明的较佳实施方式，所述门极控制装置300为耦合于晶闸管Q1的门极G和阴极K之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合，模拟晶闸管Q1可能的工作状态。

采用本发明的晶闸管测试电路和测试方法，可以用低压的直流电源(比如20伏特)实现测试，降低了对电源电压的要求，相比于现有技术的方法无论从实现的容易程度、降低成本还是安全性方面都大大提升。而且，在测试的过程中可以不改变直流电压源的电压值和电感元件参数，而通过调节电感的充电时间、第二支路的电容和电阻等来调节电流上升率，方式更为灵活。同时，本发明的电路和方法还可以通过在电路板上绘制不同结构的电感，改变晶闸管回路的寄生电容进一步扩展电流上升率的调整方式和调整范围。此外，本发明的晶闸管测试电路和方法，不但能够用来测试门极触发时的临界电流上升率，也可以用来测试阳极与阴极之间正向或反向过电压击穿触发的临界电流上升率，适用更加广泛。

附图说明

通过结合附图对本发明的具体实施方式的描述中可以更好地理解本发明，其中：

图1是一种典型的晶闸管基本结构示意图；

图2是现有技术临界电流上升率测试的电路原理示意图；

图3是本发明晶闸管测试电路第一实施例的结构示意图；

图4是本发明晶闸管测试电路第二实施例的结构示意图；

图5是本发明晶闸管测试电路第三实施例的结构示意图；

图6是根据本发明实施例的晶闸管阳极A和阴极K之间的电压变化；

图7是本发明晶闸管测试电路第四实施例的结构示意图；

图8是本发明晶闸管测试方法第一实施例的流程示意图；

图9是本发明晶闸管测试方法第二实施例的流程示意图。

附图标记说明：

VDD.直流电压源；Q1.待测晶闸管；K.晶闸管阴极；A.晶闸管阳极；G.晶闸管门极；L1、L2.电感；R1、R2、R3、R5、R7.电阻；C1、C2.电容；T1.开关元件；D1.二极管；

100.第一支路；200.第二支路；300.门极控制装置；310.门极控制脉冲发生器；320.比较器；350.无源工况模拟电路；400.通断控制开关装置；410.开关控制信号；500.寄生电感。

具体实施方式

通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。在下面的详细描述中，将提供许多具体细节，以便对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的较佳实施方式来提供对本发明的更好的理解。本发明绝不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。

图3是根据本发明的第一实施例晶闸管测试电路的结构示意图。晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联容抗性的第二支路200；第二支路200的两端与一感抗性的第一支路100的两端耦合连接形成LC振荡回路。其中，核心思想之一是晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间的测试电压会由第一支路和第二支路构成的LC振荡回路提供，利用LC振荡来获得远高于直流电压源的测试电压以及相对较大的测试电压调整范围。其中，第一支路100作为充电储能部分，需要其电路特性以电感性为主导，也就是说是感抗性的。一种最简的优选方式是，以单个电感来实现第一支路100，也可以用LR串联等效电路来实现第一支路。在实际的元件中，理想电感是比较难实现的，实用的电感元件的电学特性也多由LR串联电路来等效描述。

第二支路200可以由串联连接的电阻和电容实现或者任何等效于RC串联的电路来实现。由于RC串联等效电路的等效电阻和电容值同样是LC振荡参数的影响因素，通过调整等效电阻和电容值也能达到调整晶闸管测试电路环境和参数的目的。

第一支路100与直流电压源VDD、通断控制开关装置400串联形成回路，通断控制开关装置400的作用方式是：导通，使电感元件有电流流过，给第二支路电感充能；断开，LC振荡回路开始阻尼振荡，电感元件对电容元件充电，产生衰减的正弦振荡电压。LC振荡的状态初值将是振荡电压的峰值的决定因素之一，而LC振荡回路的初始状态又可以由第二支路的充能时间来控制，因此，通过对通断控制开关装置400的控制即可控制晶闸管的测试电压。充电时间的长短因应不同的控制策略，用以灵活的测试晶闸管的门极触发导通临界电流上升率或是过压击穿时的临界电流上升率。对开关电路的控制可以由脉冲波形非常容易的实现多种灵活的形式，从而让晶闸管测试电压可以方便的在可变范围内随意调整。

通断控制开关装置400的实现方式有很多选择，双向可导通的或者单向可导通的可控开关均可实现。一种简捷的实现方式是由金属氧化物场效应晶体管MOSFET或绝缘栅型双极性晶体管IGBT作为开关元件，串联在直流电压源和第一支路之间，在MOSFET或者IGBT的控制极输入开关控制信号。进一步，可以在开关元件两端反并联一个二极管，从而在晶闸管的阳极和阴极之间的电压Uak形成只有正半波的正弦波形。

晶闸管Q1的门极G连接到门极控制装置300，由门极控制装置300根据不同的测试需求来控制晶闸管的导通时间。门极控制装置300既可以是根据通断控制开关装置400的通断时序来输出门极控制信号的装置，也可以是根据晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间的电压来输出门极控制信号的装置。根据测试目的的不同进行相应选择，将在后文详细描述。

并且，晶闸管Q1所在的回路伴随的寄生电感也将对其测试过程中的动态响应的过程产生影响。寄生电感在制板的实际电路中是普遍存在的，一般电路设计者将寄生电感作为噪声或者干扰来对待，设计电路时不做过多考虑，或者是作为电路的不利因素对其加以消除。然而本发明的实施例提出了利用对寄生电感的特殊设计来实现期望的电路性能的新的思路。在第二支路200和晶闸管Q1构成的回路空间位置伴随设置寄生电感500，通过特定设计的寄生电感来达到调节晶闸管测试电压取值范围和测试响应动态过程的目的。其中，寄生电感500的一种优选的实现方式是在电路板上绘制不同尺寸(长度、宽度)的电感或者不同结构的电感，例如螺旋状的电感，从而得到不同大小的寄生电感。

在对各个实施例的描述中，会涉及到“耦合”一词。其中，耦合表示两个本来分开的电路之间或一个电路的两个本来相互分开的部分之间的交链，耦合可以是直接的也可以间接的。“耦合”可使能量或者信号从一个电路传送到另一个电路，或由电路的一个部分传送到另一部分。因此，本申请中的“耦合”将包括但不限于物理上的电连接和信号传输形式的通信链接。

图4是根据本发明第二实施例晶闸管测试电路结构示意图。对于相同的标号将对应相类似的对象，可以参考前文和后文结合不同附图的描述。本实施例中，第一支路100是由电感L1实现，第二支路200是由串联的电阻R1和电容C1实现。其中，直流电压源VDD为整个电路系统提供恒定电压，典型值在10伏特到100伏特，电阻R1和电容C1串联后和电感L1、待测试晶闸管Q1并联。电阻R1一般采用可变电阻或者电位器实现，阻值在0欧姆到10千欧姆之间变化；电感L1的数值在100纳亨到1亨之间；电容C1的取值在10皮法到1毫法之间。在实际的电路中电阻R1可以采用碳膜电位器或者绕线电位器，其抗电流冲击的能力须大于测试中的过电流数值。回路的寄生电感(一般在几个纳亨利到几百纳亨利之间)也可以自由的调节，通过在电路板上绘制不同尺寸(长度、宽度)的电感或者不同结构的电感，例如螺旋状的电感，可以得到不同大小的寄生电感值。电感L1、电容C1和电阻R1形成LC振荡电路，产生衰减的正弦电压。一般来说，通断控制开关装置400的击穿电压要大于待测试晶闸管的击穿电压和直流电压之和。

当通断控制开关装置400导通时，直流电压源对电感L1充电，电感上的电流可以表示为：IL＝Vd×Tp/Lc。其中Vd为电压源VDD的电压；Tp为电感充电时间，Lc为电感L1元件的电感值。电感上的电流和充电时间成正比。当通断控制开关装置400关断后，电感L1的电流流向电容C1和电阻R1，从而对电容C1充电。由于待测试晶闸管Q1的阴极和阳极并联在电感L1的两端，因此电感L1上的电压施加在晶闸管Q1上。当在待测试晶闸管Q1的门极施加触发电流后，晶闸管导通，其阳极和阴极之间的电压由原来电感振荡电压值瞬间下降到其饱和导通压降(具体数值依赖于晶闸管类型，典型值在1V到2V左右)。在电压下降的瞬间，电感L1的电流流经晶闸管Q1，电容C1通过电阻R1和晶闸管Q1放电，此瞬间在晶闸管上产生一个很大的电流上升率Tr。

从上述过程可见，电感L1、电阻R1、电容C1和以及晶闸管Q1回路的寄生电感都与电流上升率Tr有关，因此这些部分的电路参数调整都可以用来调节晶闸管Q1的临界电流上升率的测试过程。例如，通过调节电阻R1的阻值或者电感L1的充电时间来调节电流上升率的值，缓慢地增大电流上升率的数值，直至器件失效，此时对应的数值即为临界电流上升率。并且，测试电路既可以用来测试单脉冲周期内的临界电流上升率(称为，单次临界电流上升率)，也可以用来测试反复导通多个脉冲周期对应的临界电流上升率(也称为，可重复临界电流上升率)。

电路元件的各种元件参数，可以根据待测晶闸管性能的不同灵活选择，下面给出一组具体的参数选取的非限制性实施例作为示意。例如：待测试晶闸管的击穿电压为1000伏特，额定平均电流为8安培时，直流电压源可以采用额定电压30伏特，额定电流1安培的电压源，实际工作时电压设定为20伏特。电感L1选用10毫亨的空气芯电感，电容C1选用数值100纳法、额定电压为2000伏特的薄膜电容，电阻选择阻值为200欧姆，额定功率为3瓦特的碳膜电阻，通断控制开关装置400选择额定电压为2000伏特，电流为8安培的MOSFET。

图5是本发明第三实施例晶闸管测试电路的结构示意图。通断控制开关装置(400)包括一开关元件T1，例如金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)或者绝缘栅双极晶体管(IGBT)，开关元件T1的漏极和源极与第一支路和直流电压源形成回路，T1的栅极作为控制极接收开关控制信号410，从而控制开关元件T1的通断。开关控制信号410优选时序脉冲信号。为了被测晶闸管Q1的阴极和阳极之间电压Uak能获得更好的电压形态，在开关元件T1的漏极和源极之间反并联二极管D1，如此可令AK电压曲线的负半周变成恒定的数值。

图5中的开关元件T1(MOSFET或IGBT)的漏极和电感L1，电容C1以及待测试晶闸管Q1的阳极相连接，源极和直流电压源的负端相连接。T1导通给电感充值一段时间，再受控关断后，待测试晶闸管AK之间的电压曲线将如图6所示。此时，晶闸管Q1的门极还没有施加控制导通的触发电流，晶闸管还没有导通。门极控制装置300将根据AK之间电压和参考电压的关系来控制晶闸管的导通，其目的是控制晶闸管在其阳极A和阴极K之间的电压为某一特定值时开始导通，即控制晶闸管Q1的测试电压。根据本实施例门极控制装置300的一种实现方式是：在晶闸管阳极A和阴极K之间并联连接一分压电路，例如电阻R3和R2串联分压电路，分压电路的电压输出Ur和参考电压Uref分别连接到比较器320的两个输入端，比较器320的输出端耦合到门极控制脉冲发生器310，后者根据比较器320的输出信号生成门极导通控制信号。

图6是本发明一实施例的晶闸管导通之前的阳极、阴极之间的电压Uak变化曲线，横轴为归一化的时间，以LC振荡周期为单位“1”，纵轴为归一化的AK电压，根据晶闸管的相关参数选择参考比例，例如将可以令晶闸管Q1过压击穿导通电压值作为单位“1”。通断控制开关装置400关断后，电感L1电流对电容C1充电，L1、C1和R1组成的振荡电路开始阻尼振荡。AK之间振荡电压的峰值Vp和电感L1的电流、L1、C1和R1的数值有关。开关关断时电感的电流越大，电感L1数值越大，Vp越大；电容C1数值越大，电阻R1数值越大，Vp越小。另一方面，为了避免AK之间振荡电压上升率过大导致晶闸管的导通，电感L1和电容C1的数值尽可能越大越好。当AK之间的电压从峰值降低到-Vdd(即通断控制开关装置400上的电压为0)，和振荡电压的峰值几百伏特到几千伏特相比，Vdd只有几十伏特，通断控制开关装置400反向导通，此时AK电压曲线的负半周变成恒定的数值。

根据图5所示实施例的电路的工作过程为：开关控制信号410施加正的控制输入后，T1导通，直流电压源对电感L1充电，经过一段时间ΔT1后，开关控制信号410施加负的控制输入关断T1，此时L1、C1和R1形成振荡回路，待测试晶闸管Q1的AK之间的电压Uak迅速变大。电阻R2和R3形成分压电路，R3上的分压Ur作为比较器的一个输入端，比较器的另一个输入端和参考电压Uref相连，当R3上的分压和参考电压相同时，比较器发生反转，比较器输出控制信号给门极控制脉冲发生器310。门极控制脉冲发生器310随后输出一个触发电流给待测试晶闸管Q1的门极G，晶闸管Q1导通并且瞬间有一个大的电流变化率Tr。通过判断这个电流变化率下的晶闸管Q1工作状态，不断调整电路参数增大电流变化率Tr，直至使晶闸管失效，即可测得晶闸管的临界电流上升率。开关控制信号410可选用时序脉冲信号作为测试控制信号，当晶闸管Q1对应测试控制信号的一个脉冲周期判断一次，从而获得不可重复的单次临界电流上升率测量值。晶闸管Q1对应测试控制信号的每隔一定数量的脉冲周期判断一次，从而获得反复导通条件下的临界电流上升率测量值。

晶闸管的触发导通包括两种情形，门极触发导通和阳极阴极之间的过压击穿导通。对应地测试门极触发时的临界电流上升率，和测试阳极过电压击穿触发的临界电流上升率，也需要不同的测试条件来完成。晶闸管导通之前，AK之间振荡电压能达到的峰值Vp是一个关键的分界参数，显然峰值Vp要超过晶闸管的击穿电压才能进行电压击穿触发的临界电流上升率测量。根据现有技术的方法要使晶闸管的AK之间达到击穿条件需要电压极高的直流电压源，本发明对此的要求大大降低。根据本发明的实施例，峰值Vp受到电压源的电压Vpp，振荡回路的L1、C1和R1的参数，电感充电时间ΔT1等各个变量的综合作用，调整上述变量均可用于调节峰值Vp。图3到图5的各个实施例中，可以进行门极导通条件下的测试，也可以通过调整上述参数，使Uak能满足晶闸管的过压击穿条件，进行过压击穿条件下的临界电流上升率测试。

但是由于门极触发测试条件和过电压击穿触发所需的AK之间电压是不同的，前者要大大小于后者，因此，为了节约电路资源和提高测试效率，针对门极触发测试和过电压击穿触发可以选用不同的电路形式。本发明提供了适于进行过压击穿临界电流上升率测试的实施例，如图7所示。

在图7的实施例中，晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联容电容C2、电感R7串联实现的第二支路200；第一支路100由电感L2实现。第二支路200与第一支路100耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻R5连接。电阻R5的一端连接电感L2，另一端连接到待测试晶闸管Q1的阴极K。通断控制开关装置400同样是包括开关元件T1，其为MOSFET或者IGBT，开关元件T1的漏极和源极之间并联二极管D1后，与第一支路和直流电压源形成回路，T1的栅极作为控制极接收开关控制信号410，从而控制开关元件T1的通断。门极控制装置300为耦合于晶闸管Q1的门极G和阴极K之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合。

在此实施例中，门极控制装置300不再起控制晶闸管导通的作用，而是可以用来对晶闸管的工作状态，特别是门极电压情况进行模拟，因此可以根据被测晶闸管的目标工作状态，将之配置为不同的无源工况模拟电路350。无源器件可以是短路(零欧姆的电阻)；开路(无穷大的电阻)；任一阻值的电阻；任一数值的电容(模拟高频短路)或者任一数值的电感(模拟低频短路)，也可以是电阻、电容、电感的任意串联或者并联的组合。

本实施例在测试Q1的AK过电压击穿触发导通的临界电流上升率时，首先是开关控制信号对T1栅极施加正的控制输入后，T1导通，直流电压源对电感L2充电，经过一段时间后施加负的控制输入关断T1，此时L1、C2和R7形成振荡回路，待测试晶闸管Q1的AK之间的电压迅速变大。本方案期望电感L2的充电时间尽可能地长，从而使得AK之间振荡电压的峰值Vp大于AK之间的击穿电压。当待测试晶闸管由于击穿而触发导通后，AK之间的电压迅速降低至饱和导通压降。由于此时电感L2的电流相对较大，因此添加电阻R5的目的是对该电感电流进行衰减。

由于晶闸管有双向阻断特性：当阳极A为正电压，阴极K为负电压，此时对应正向击穿电压；当阳极A为负电压，阴极K为正电压时，对应于反向的击穿电压。通常，反向的击穿电压更高。因此，上述的AK之间振荡电压的幅值峰值Vp可以是大于被测晶闸管Q1的阴阳两极之间的正向击穿电压或者是反向击穿电压。同样，本实施例也可以通过调节各个电阻、电容的大小以及回路的寄生电感的大小来调节电流上升率的数值。

最后，结合附图8和图9对本发明提供的晶闸管测试方法进行进一步的说明。图8示出了根据本发明测试方法的第一实施例。其包括以下步骤：S1)搭建晶闸管测试电路；S2)根据设定的参数的配置晶闸管测试电路的各部分；S3)对通断控制开关装置400和晶闸管门极G施加相应的测试控制信号，从而测试晶闸管Q1在该组电路参数下的工作状态；S4)判断晶闸管Q1是否失效，失效则得到测试结果，否则继续步骤S5；S5)改变测试电路的电路参数，重复步骤S2至S4，令晶闸管工作于不同电路环境直至晶闸管Q1失效，从而得到测试结果。测试结果对应的电流上升率Tr即为晶闸管Q1的导通电流临界上升率Trmax。

这其中，步骤S1所搭建的电路，可以是上述各种晶闸管测试电路实施例中的任何一种。例如：搭建根据图3的电路，被测晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间并联容抗性的第二支路200，第二支路200的两端与一感抗性的第一支路100的两端耦合连接形成LC振荡回路，所述第一支路100与直流电压源VDD、通断控制开关装置400串联形成回路，晶闸管Q1的门极G连接到门极控制装置300。

并且，较佳的实施方式是，在第二支路200和晶闸管Q1构成的回路空间位置伴随设置寄生电感；这样在步骤S2中根据设定参数配置晶闸管测试电路就可以包括：在电路板上绘制给定形状和尺寸的电感以获得相应参数的寄生电感，从而调节晶闸管Q1的电流上升率。

步骤S2中根据设定参数配置晶闸管测试电路，其中涉及到的参数除了寄生电感，还可以包括：直流电源的电压，由于更换电压源相对于调节其它参数来说，不是十分便，因此一般当LC振荡的峰值电压无法满足测试要求时会考虑调整此参数；第一支路的等效电感值；第二支路的等效电容、电阻值；通断控制开关装置400控制下的电感充电时长；门极控制装置300控制下的晶闸管门极G导通时机等等。

其中，更详细地，步骤S3包括以下子步骤：

S301)通断控制开关装置400导通，第一支路100与电压源VDD形成通电回路，感抗性的第一支路充能；

S302)经时间ΔT1，通断控制开关装置400关断，在晶闸管Q1的阳极A和阴极K之间施加测试电压；

S303)经时间ΔT2，门极控制装置300在晶闸管Q1的门极G施加控制输入，控制晶闸管Q1开始导通；

S304)测量和计算晶闸管Q1的导通电流上升率Tr并判断晶闸管Q1的状态。

从S3的调节过程可见，在其他电路其它条件不变的前提下，第一支路电感充电时间ΔT1的长短，将决定LC振荡的峰值电压Vp；而由时间ΔT2描述的晶闸管Q1的导通时机(即晶闸管在LC振荡电压达到多大，或者说达到峰值电压Vp的多大比例时开始导通)决定了待测晶闸管门极触发导通时的测试电压Uak。由于ΔT1、ΔT2这两个参数，通过时序控制脉冲就可以方便的调节，因此，本发明的方法对导通电流临界上升率的调节可以做到非常容易。

因此，步骤S5中的改变电路设定参数，以增大Tr的操作中，最方便的实现方式是调节ΔT1、ΔT2，这可以通过调整通断控制开关装置400和门极控制装置300的测试控制脉冲或者控制结构参数(例如图5中的参考电压Uref)来实现。

由于晶闸管可能在单次临界电流上升率过大后失效，或者反复工作在较大的电流上升率条件下一定次数也会造成损害，终至失效。后者，这里称为反复导通条件下的临界电流上升率。这两个值都是晶闸管的重要参数，均需测试。

因此，针对两种不同的参数测试目的，步骤S4判断测试晶闸管Q1是否失效的方式可以为：晶闸管Q1对应测试控制信号的一个脉冲周期T判断一次，从而获得不可重复的单次临界电流上升率测量值；或者晶闸管Q1对应测试控制信号的每隔一定数量的脉冲周期T判断一次，从而获得反复导通条件下的临界电流上升率测量值。

为了在晶闸管的过压击穿条件下进行测量，根据本发明晶闸管测试方法的另一实施例，步骤S2中的电路搭建，可以是令第二支路200与第一支路100耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻R5连接；直流电压源VDD的电压值和步骤S2中测试电路的元件参数值配置方式为：LC振荡回路中第一支路100两端的最高振荡电压大于被测晶闸管Q1阴极K和阳极A之间的正向击穿电压或者反向击穿电压。

进一步地，其中，门极控制装置300为耦合于晶闸管Q1的门极G和阴极K之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合，模拟晶闸管Q1可能的工作状态，特别是门极的电压状态。关于此时搭建的电路可以参考上述结合附图7对本发明的晶闸管测试电路的详细描述。

此实施例中，步骤S3通断控制开关装置400控制下对第一支路的充能时间ΔT1要尽可能的长，以获得更高的LC振荡峰值，从而达到晶闸管Q1过压击穿条件。晶闸管Q1过压击穿后，无需门极控制装置300控制门极导通，所以门极控制装置300的作用转化为模拟待测型号的晶闸管未来可能的应用场景。

在上述实施例中，结合附图对本发明的晶闸管测试电路和测试方法进行了描述。需要说明的是，本发明并不局限于上文所描述和图中示出的特定配置和连接，或者特定的具体步骤。本领域的技术人员可以在领会本发明的精神之后，做出各种改变、修改和添加，或者改变步骤之间的顺序。

以上所述的结构框图中所示的功能块可以实现为硬件、软件、固件或者它们的组合。当以硬件方式实现时，其可以例如是电子电路、专用集成电路(ASIC)、适当的固件、插件、功能卡等等。当以软件方式实现时，本发明的元素是被用于执行所需任务的程序或者代码段。程序或者代码段可以存储在机器可读介质中，或者通过载波中携带的数据信号在传输介质或者通信链路上传送。“机器可读介质”可以包括能够存储或传输信息的任何介质。机器可读介质的例子包括电子电路、半导体存储器设备、ROM、闪存、可擦除ROM(EROM)、软盘、CD-ROM、光盘、硬盘、光纤介质、射频(RF)链路，等等。代码段可以经由诸如因特网、内联网等的计算机网络被下载。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。权利要求中出现的多个部分的功能可以由一个单独的硬件或软件模块来实现。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。

Claims (16)

1.一种晶闸管测试电路，包括待测晶闸管(Q1)、感抗性的第一支路(100)、容抗性的第二支路(200)、门极控制装置(300)以及通断控制开关装置(400)，其中：

待测晶闸管(Q1)的阳极(A)和阴极(K)之间并联第二支路(200)；第二支路(200)的两端与第一支路(100)的两端耦合连接形成LC振荡回路；所述第一支路(100)与直流电压源(VDD)、通断控制开关装置(400)串联形成回路，待测晶闸管（Q1）的阳极（A）和阴极（K）之间的测试电压由所述第一支路（100）和所述第二支路（200）构成的LC振荡回路提供，利用LC振荡来获得远高于所述直流电压源（VDD）的测试电压以及相对较大的测试电压调整范围；待测晶闸管(Q1)的门极(G)连接到门极控制装置(300)；

所述第二支路(200)和待测晶闸管(Q1)构成的回路空间位置伴随设置有寄生电感(500) ，以调节晶闸管测试电压取值范围和测试响应动态过程；

在电路板上绘制给定形状和尺寸的电感以获得相应参数的寄生电感（500），从而调节所述待测晶闸管（Q1）的电流上升率；

所述第一支路(100)为一电感元件(L1)或者为一LR串联等效电路。

2.根据权利要求1所述的晶闸管测试电路，其中，所述第二支路(200)为串联连接的电阻(R1)和电容(C1)或者为一RC串联等效电路。

3.根据权利要求1所述的晶闸管测试电路，其中，所述通断控制开关装置(400)为双向可导通的或者单向可导通的。

4.根据权利要求1所述的晶闸管测试电路，其中，所述通断控制开关装置(400)由金属氧化物场效应晶体管MOSFET或绝缘栅型双极性晶体管IGBT与二极管(D1)并联实现。

5.根据权利要求1所述的晶闸管测试电路，其中，所述门极控制装置(300)为根据通断控制开关装置(400)的通断时序来输出门极控制信号的装置。

6.根据权利要求1所述的晶闸管测试电路，其中，所述门极控制装置(300)为根据待测晶闸管(Q1)的阳极(A)和阴极(K)之间的电压来输出门极控制信号的装置。

7.根据权利要求6所述的晶闸管测试电路，其中，所述门极控制装置(300)是在待测晶闸管(Q1)阳极(A)和阴极(K)之间并联连接一分压电路，分压电路的电压输出(Ur)和参考电压(Uref)分别连接到比较器(320)的两个输入端，比较器(320)的输出端耦合到门极控制脉冲发生器(310)，后者根据比较器(320)的输出信号生成门极导通控制信号。

8.根据权利要求1到7任何一项所述的晶闸管测试电路，其中，所述第二支路(200)与第一支路(100)的耦合方式为各支路两端分别直接连接，第二支路和第一支路并联。

9.根据权利要求1到7任何一项所述的晶闸管测试电路，其中，所述第二支路(200)与第一支路(100)耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻(R5)连接。

10.根据权利要求9所述的晶闸管测试电路，其中，所述门极控制装置(300)为耦合于待测晶闸管(Q1)的门极(G)和阴极(K)之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合。

11.一种晶闸管测试方法，包括以下步骤，

S1)搭建晶闸管测试电路，测试电路包括待测晶闸管(Q1)、感抗性的第一支路(100)、容抗性的第二支路(200)、门极控制装置(300)以及通断控制开关装置(400)，

其中，待测晶闸管(Q1)的阳极(A)和阴极(K)之间并联第二支路(200)，第二支路(200)的两端与第一支路(100)的两端耦合连接形成LC振荡回路，待测晶闸管（Q1）的阳极（A）和阴极（K）之间的测试电压由所述第一支路（100）和所述第二支路（200）构成的LC振荡回路提供，利用LC振荡来获得远高于直流电压源（VDD）的测试电压以及相对较大的测试电压调整范围；所述第一支路(100)与直流电压源(VDD)、通断控制开关装置(400)串联形成回路，待测晶闸管(Q1)的门极(G)连接到门极控制装置(300)，所述第二支路(200)和待测晶闸管(Q1)构成的回路空间位置伴随设置有寄生电感(500)，以调节晶闸管测试电压取值范围和测试响应动态过程；

S2)根据设定的参数配置晶闸管测试电路的各部分；

S3)对通断控制开关装置(400)和待测晶闸管（Q1）门极(G)施加相应的测试控制信号，从而测试待测晶闸管(Q1)在该组电路参数下的工作状态；

S4)判断待测晶闸管(Q1)是否失效，失效则得到测试结果，否则继续步骤S5；

S5)改变测试电路的电路参数，重复步骤S2至S4，令待测晶闸管（Q1）工作于不同电路环境直至待测晶闸管(Q1)失效，从而得到测试结果；

所述第二支路(200)和待测晶闸管(Q1)构成的回路空间位置伴随设置有寄生电感，步骤S2配置晶闸管测试电路包括：在电路板上绘制给定形状和尺寸的电感以获得相应参数的寄生电感，从而调节所述待测晶闸管（Q1）的电流上升率。

12.根据权利要求11所述的晶闸管测试方法，其中，所述步骤S3包括以下子步骤：

S301)通断控制开关装置(400)导通，第一支路(100)与直流电压源(VDD)形成通电回路，感抗性的第一支路充能；

S302)经时间AT1，通断控制开关装置(400)关断，在待测晶闸管(Q1)的阳极(A)和阴极(K)之间施加测试电压；

S303)经时间AT2，门极控制装置(300)在待测晶闸管(Q1)的门极(G)施加控制输入，控制待测晶闸管(Q1)开始导通；

S304)测量和计算待测晶闸管(Q1)的导通电流上升率并判断待测晶闸管(Q1)的状态。

13.根据权利要求11所述的晶闸管测试方法，其中，步骤S4判断测试待测晶闸管(Q1)是否失效的方式为：待测晶闸管(Q1)对应测试控制信号的一个脉冲周期判断一次，从而获得不可重复的单次临界电流上升率测量值。

14.根据权利要求11所述的晶闸管测试方法，其中，步骤S4判断测试待测晶闸管(Q1)是否失效的方式为：待测晶闸管(Q1)对应测试控制信号的每隔一定数量的脉冲周期判断一次，从而获得反复导通条件下的临界电流上升率测量值。

15.根据权利要求11所述的晶闸管测试方法，其中，所述第二支路(200)与第一支路(100)耦合方式为：各支路的一端直接连接，另一端通过电阻(R5)连接；直流电压源(VDD)的电压值和步骤S2中测试电路的元件参数值配置方式为：LC振荡回路中第一支路(100)两端的最高振荡输出电压大于待测晶闸管(Q1)阴极(K)和阳极(A)之间的正向或反向击穿电压。

16.根据权利要求15所述的晶闸管测试方法，其中，所述门极控制装置(300)为耦合于待测晶闸管(Q1)的门极(G)和阴极(K)之间的无源器件或无源器件的串联和/或并联的组合，模拟待测晶闸管(Q1)的工作状态。