JPH09269354A - 半導体素子のオフ動作特性試験方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電力用サイリスタ，トランジスタ，ダイオード
等の被試験素子１のオフ動作特性の試験条件を自動設定
しかつ試験の際の消費電力を節約する。 【解決手段】キャパシタ13の充電容量と放電時定数が可
調整に構成され放電電流を被試験素子１に順方向に流す
順方向電流源10と，その電流供給点と被試験素子１の間
に挿入されて順方向に導通する一方向素子20と，キャパ
シタ33の充電容量と放電時定数が可調整に構成され放電
電圧を被試験素子１に逆方向に与える逆方向電圧源30
と，被試験素子１に順方向電圧を与える順方向電圧源40
を用い、プログラムコントローラ60により順方向電流源
10と逆方向電圧源30の充電容量と放電時定数を被試験素
子１の定格に合わせて自動的に設定した後、それらを順
次動作させたとき被試験素子１が受ける電流ｉと電圧ｖ
の波形データを計算機70に与えてターンオフ時間tfや逆
回復時間trを計算させ、かつ被試験素子１が可制御素子
のとき順方向電圧源を動作させてその順方向耐圧を確か
める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はサイリスタ，各種ト
ランジスタ，ダイオード等の半導体素子，とくに電力用
半導体素子のターンオフ時間や逆回復時間等のオフ動作
時の特性をできるだけ能率よく試験するに適する試験方
法に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体素子には高速でオンオフ動作が可
能なことが常に要求され、ふつうオン動作速度の方には
あまり問題はないが、電力用半導体素子では電動機等の
誘導性負荷を駆動するインバータ装置のブリッジ回路に
組み込まれることが多いので、実用面ではオフ動作時の
特性を高めることがとくに大切である。

【０００３】周知のように、半導体素子のこのオフ動作
特性を示す主な指標としてオフ動作そのものに必要なタ
ーンオフ時間と，オフ動作に関連して流れる逆方向の電
流が完全消滅するまでの時間である逆回復時間の二つが
あり、半導体素子の製造時の試験に際し必ずこれらの時
間が品質管理のために測定される。もちろんこのオフ動
作特性は所定の試験条件で測定する必要があり、このた
め半導体素子の定格に合わせて回路条件が正確に設定さ
れた試験回路が用いられる。

【０００４】この試験回路としては半導体素子から負荷
に対してその定格電流や定格電圧を供給できる実負荷試
験回路を用いるのが最も簡単であるが、電力用半導体素
子の場合は実負荷の電力が1000kWを越えるのがふつうな
ので、試験回路が大掛かりになるだけでなく試験に大き
な消費電力を要して不経済である。また、ターンオフ時
間や逆回復時間の正確な測定には半導体素子にその定格
値を越える試験電流や試験電圧を供給するのが望まし
い。このため、実用的な試験回路は小さな電力でキャパ
シタをあらかじめ充電しておき, その短時間の放電によ
り試験電流や試験電圧を発生させるように構成するのが
ふつうである。

【０００５】より具体的には、この試験回路としてそれ
ぞれキャパシタを組み込んだ順方向電源と逆方向電源を
用いてそれらのキャパシタをあらかじめ充電しておき、
まず順方向電源のキャパシタを放電させて被試験素子に
試験電流を流した後に被試験素子にそれを遮断させ、か
つ同時に逆方向電源のキャパシタを放電させて被試験素
子に試験電圧を逆方向に印加する。ターンオフ時間と逆
回復時間はこの試験の際に被試験素子に流れる電流およ
びそれに掛かる電圧をオッシロスコープにより観察した
波形から比較的簡単に決定できる さらに被試験素子がサイリスタやトランジスタ等の可制
御素子である場合は、上述のターンオフ動作と逆回復動
作が終了した後にその順方向の耐圧が回復していること
を確めておくのがふつうである。このため逆方向電源の
放電動作の後に順方向電源を利用して所定の勾配ないし
dv/dt で立ち上がる電圧を被試験素子に対して順方向に
印加する。順方向耐圧の回復が不充分な場合はこの順方
向電圧の立ち上がり波形が歪みかつ電流が順方向に若干
でも流れるので、前述のオッシロスコープ等を用いる電
圧や電流の波形の観察から被試験素子が良品か不良品か
を容易に見分けることができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前項に述べ
たような従来の試験方法では被試験素子の種類や定格が
変わるつど試験回路の回路定数を変更したり調整するた
めに多大の労力や手間が掛かり、試験電流や試験電圧を
キャパシタの充放電を利用して発生させるようにした割
りには試験回路の消費電力を効果的に削減できない問題
がある。

【０００７】試験回路の回路定数の設定が厄介なのは、
電力用半導体素子のオフ動作特性の試験には大電流かつ
高電圧が必要なので試験回路の大形の回路要素の取り換
えや調整に労力や手間が掛かるからであり、試験回路の
消費電力を充分低減できないのは被試験素子が可制御素
子のとき同じ順方向電源に順方向電流と順方向電圧を順
次にではあるが発生させねばならないからである。ま
た、この順方向電源には各種定格の半導体素子を試験で
きるようにするために大容量のキャパシタを組み込んで
おく必要があるが、小電流定格の半導体素子の試験中に
それが破壊すると過大な電流が流れ続けるため爆発を起
こして非常に危険である。

【０００８】本発明の課題は、かかる問題点を解決して
労力や手間をあまり費やすことなく試験条件を被試験素
子の種類や定格に合わせて容易に設定でき, かつより少
ない消費電力で半導体素子のオフ動作特性を正確に測定
することができる試験方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題は本発明の試
験方法によれば、キャパシタの充電容量とその放電の時
定数が可調整に構成され放電電流を被試験素子に対し順
方向に供給する順方向電流源と, 順方向電流源の電流供
給点と被試験素子との間に挿入された電流供給方向にの
み導通する一方向素子と, キャパシタの充電容量とその
放電の時定数が可調整に構成され放電電圧を被試験素子
に対し逆方向に与える逆方向電圧源と,充電されたキャ
パシタの電圧を被試験素子に順方向に供給する順方向電
圧源とを用い、まず順方向電流源と逆方向電圧源のキャ
パシタの充電容量と放電時定数を調整手段によりあらか
じめ被試験素子の定格値に合わせて設定した上で, 順方
向電流源と逆方向電圧源と順方向電圧源の内の少なくと
も前二者を順次放電させたとき被試験素子が受ける電流
および電圧の波形からそのオフ動作特性を測定すること
によって解決される。

【００１０】本発明でも試験に要する電流や電圧を充電
されたキャパシタの放電を利用して発生させる点は従来
と同じであるが、本発明では上記構成にいうよう (a)順
方向電流源と逆方向電圧源のキャパシタの充電容量と放
電時定数を可調整に構成して試験条件の設定を被試験素
子の種類や定格に合わせて容易に変え得るようにし、
(b)オフ状態で順方向耐圧をもつ可制御素子の試験に用
いられる順方向電圧源を順方向電流源とは別個に設けて
電流供給と電圧供給の機能を分離することにより両者の
消費電力を従来の順方向電源より減少させ、かつ (c)被
試験素子に電流を流す方向にのみ導通する一方向素子を
順方向電流源の電流供給点と被試験素子の間に挿入する
ことにより順方向電圧源を動作させたときに順方向電流
源や逆方向電圧源にむだな電流が回り込むのを防止して
被試験素子のオフ動作特性を正確に測定できるようにし
たものである。

【００１１】かかる本発明方法の構成により、サイリス
タやトランジスタ等の可制御素子とダイオードの双方を
(a)試験条件の設定に労力や手間をあまり費やすことな
く,(b)従来より少ない消費電力で, (c)ターンオフ時間
および逆回復時間を正確に測定でき、さらに可制御素子
の場合はオフ動作の直後に順方向耐圧が回復したか否か
を判定することができる。

【００１２】本発明の実施に際して順方向電流源や逆方
向電圧源のキャパシタの充電容量を可調整とするには、
これらに複数のキャパシタをそれぞれ組み込み, コネク
タを介して並列接続するキャパシタの組み合わせを自由
に選定できるようにするのが有利であり、この選定を容
易にするためには複数のキャパシタに単位静電容量とそ
の２倍, ４倍, ８倍等のべき乗の静電容量をもつものを
使用し，かつ差し込みプラグ形のコネクタをキャパシタ
ごとに直列に接続しておき, そのプラグに銅の頑丈な棒
状の導体を用いて電磁弁制御されたエヤーシリンダ操作
によって簡単に挿脱できるようにするのがよい。

【００１３】さらに、順方向電流源や逆方向電圧源の放
電時定数を可調整とするためには、それらの放電路内に
リアクトルを挿入してそのインダクタンス値を調整する
のが最も実用的であり、このインダクタンス値の調整に
は例えばリアクトルコイルの通常のタップ選択による粗
調整と, リアクトル鉄心の位置調整による微調整とを組
み合わせるのが有利である。

【００１４】順方向電流源の電流供給点と被試験素子の
間に挿入される一方向素子は前述のように順方向電圧源
の動作時にその電流の順方向電流源や逆方向電圧源への
回り込みを防止するためのものであるが、被試験素子に
相応した電流定格をもたせるのが望ましい。このため、
複数の一方向素子を並列接続しておいてそれらの内の被
試験素子の電流定格に最も近いものを択一的に使用する
のがよい。この一方向素子は被試験素子に電流を供給す
る方向にのみ導通するものであればよいので、原理的に
はこれにダイオードを用いてもよいが実際にはサイリス
タを用いるのが最も有利である。この場合は一方向素子
として複数のサイリスタを並列接続しておけば、試験の
開始に先立ちそれらの内の１個に点弧指令を与えるだけ
で所望のサイリスタを択一的に選択できるからである。

【００１５】被試験素子がオフ状態で順方向耐圧をもつ
可制御素子の場合は、試験に際してまず順方向電流源と
逆方向電圧源を順次放電させた後に順方向電圧源から順
方向電圧を被試験素子に印加する手順を踏むが、最初の
順方向電流源の放電は可制御素子のオン動作により開始
させるのが最も簡単である。また、この場合の逆方向電
圧源による逆電圧は一方向素子を介し被試験素子に印加
されるようにするのが順方向電圧源が動作したときその
電流が逆方向電圧源に回り込むのをごく簡単に防止でき
る点で有利である。

【００１６】被試験素子が順方向耐圧をもたないダイオ
ードの場合は、試験に際して順方向電流源と逆方向電圧
源だけを順次に放電させる手順を踏む。この場合には順
方向電流源を放電路に挿入された逆方向耐圧をもつスイ
ッチ素子を介して放電させるのがよく、このスイッチ素
子にはサイリスタが適する。また、この場合の逆方向電
圧源による逆電圧は一方向素子をスイッチにより短絡し
ておいた状態で被試験素子に対し直接に印加するのが望
ましい。

【００１７】被試験素子のターンオフ時間や逆回復時間
の測定精度を高めるには、試験中の被試験素子の電流と
電圧の波形をディジタルなデータに変換しておき、計算
機にそれを読み取らせて時間値を計算させるのが有利で
ある。また、順方向電流源や逆方向電圧源のキャパシタ
の充電容量と放電時定数を被試験素子に合わせて自動設
定するためにプログラムコントローラを用い、かつそれ
に順方向電流源の放電開始等のタイミングも制御させる
のが有利である。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図を参照して本発明の一実
施形態を説明する。図１は本発明によるオフ動作特性試
験方法を被試験素子がサイリスタである場合について示
す試験回路の回路図であり、図２はそれに対応する試験
中に被試験素子に流れる電流とそれに掛かる電圧の波形
図である。図１の上半分の中央に被試験素子１が, その
左側に順方向電流源10が, その上側に一方向素子20が,
その右側に逆方向電圧源30が,図の下半分の左側に順方
向電圧源40が, 中央部にプログラムコントローラ60が,
右側に計算機70がそれぞれ示されている。

【００１９】被試験素子１のサイリスタのゲートには点
弧回路1aが接続され、アノード側に電流検出抵抗２が直
列に接続されている。その右側に示すオッシロスコープ
３はこの実施形態ではディジタルないわゆるメモリスコ
ープであり、被試験素子１に掛かる電圧値を示す信号と
それに流れる電流の抵抗２による検出信号とを受け、両
信号の波形を画面に表示するとともに同じ波形を短いサ
ンプリング時間ごとにディジタルなデータに変換してメ
モリ部3aに記憶する。

【００２０】順方向電流源10は商用周波の例えば200Vの
三相交流電圧を可変電圧変圧器11に受けてそれを 1000V
程度に昇圧して全波整流回路12に与え、その整流電圧に
よりキャパシタ13を充電した上でその放電電流を被試験
素子１に対しリアクトル15を介して順方向に試験電流と
して供給する役目を果たすが、本発明方法では従来と異
なりキャパシタ13の充電容量とその放電時定数を可調整
に構成する。

【００２１】充電容量を可調整にするには複数個，図の
例では３個のキャパシタ13を用いてそれぞれにコネクタ
14を設け、コネクタ14を介して並列接続するキャパシタ
13の組み合わせを自由に選択できるようにする。キャパ
シタ13の数は３〜８個とし、それぞれ 1,2,4,8等のべき
乗倍率の静電容量をもたせるのがよい。コネクタ13は差
し込みプラグ形のものを用いるのが便利であり、プラグ
はかなりの電流容量が必要なので銅の頑丈な丸棒とする
のがよい。このプラグの挿脱には電磁弁制御のエヤーシ
リンダを用いるのが便利である。図示の選択器51はかか
るプラグの挿脱手段を複数個含み、例えば８ビットのセ
ットデータSDを受けてその１のビットに対応するコネク
タ14を接続状態に操作することにより、キャパシタ13の
合成静電容量を例えば数百〜数万μＦの範囲内の指定値
に設定する。

【００２２】順方向電流源10の放電の時定数を可調整に
するには、放電路にリアクトル15を挿入してそのインダ
クタンスを調整するのが実用的であり、このためには例
えばリアクトル15コイルのタップ選択による粗調整と,
鉄心部分の位置の調整による微調整を組み合わせるのが
有利である。リアクトル15用に設けられた調整器52はセ
ットデータSDを受けて、その内容に応じてリアクトル15
のインダクタンス値を指定値に設定する。以上のように
順方向電流源10の充電容量および放電時定数を調整する
ことにより、被試験素子１に供給すべきふつう１〜数kA
の範囲の順方向電流とその時間勾配である di/dtが設定
される。

【００２３】以上のほかに、図の順方向電流源10にはキ
ャパシタ13に対する充電電流を所定限界値以下に制限す
る充電抵抗12ａと, 放電波形が過度に振動的になるのを
防ぐ低い制動抵抗16が組み込まれており、さらに被試験
素子１がダイオードの場合に用いるスイッチ素子17とし
てのサイリスタが放電路に挿入されている。スイッチ素
子17はサイリスタの試験時には図のようにスイッチ18に
より短絡される。

【００２４】一方向素子20は順方向電流源10と被試験素
子１の間に挿入されて後者に順方向電流を供給する方向
にのみ導通する。この一方向素子20にはダイオードを用
いることもできるが逆回復時間ができるだけ短いものが
望ましく、この実施形態ではサイリスタをこれに用い
る。さらに、一方向素子20には被試験素子１に相応した
電流定格のものを用いるのが望ましいので、図のように
３〜５個を並列接続しておいてそれらの内の被試験素子
１の電流定格に最も近いものを択一的に使用するのがよ
い。図示の選択器53はセットデータSDを受けて複数の一
方向素子20の内のそれにより指定された１個だけを導通
させる。一方向素子20としてサイリスタを用いる場合は
指定素子に選択器53から点弧指令を与えることでよい。

【００２５】逆方向電圧源30は順方向電流源10と同様に
充電容量と放電の時定数が可調整に構成され、充電容量
は複数のキャパシタ33のそれぞれに設けられたコネクタ
34の接続状態を選択器51に制御させて調整し、放電時定
数はリアクトル35のインダクタンス値を調整器52に制御
させて調整するが、スイッチ素子37のオン動作によりキ
ャパシタ33を放電させてその際の放電電圧を被試験素子
１に逆方向に印加する点が順方向電流源10と異なる。ス
イッチ素子37にはサイリスタを用いてその点弧回路37ａ
に点弧指令ISを与えてオンさせるのがよい。

【００２６】なお、キャパシタ33の静電容量の可調整の
範囲は例えば数十〜数千μＦとし、リアクトル35のイン
ダクタンス値により放電電圧の立ち上がりの時間勾配な
いしdv/dtを設定する。設定後の放電電圧である逆方向
電圧は被試験素子１の定格に応じてふつうは数百〜千数
百Ｖの範囲に設定する。この逆方向電圧源30でも商用周
波の交流電圧を可変電圧変圧器31で昇圧してその整流回
路32による整流電圧で充電抵抗32ａを介してキャパシタ
33を充電する。また、放電時用に制動抵抗36を放電路に
挿入する。さらに、逆方向電圧源30に関連してダイオー
ドの試験時用に一方向素子20を短絡するスイッチ38が設
けられているが、被試験素子１が可制御素子である場合
は図のように開状態に置かれる。

【００２７】順方向電圧源40は被試験素子１が順方向耐
圧をもつ可制御素子の試験に必要な順方向電圧の発生用
であって、図示の例では２個のキャパシタの充電電圧の
和を出力するように構成される。商用周波の交流電圧を
可変電圧変圧器41ａと41ｂにより昇圧し整流回路42ａと
42ｂによりそれぞれ整流した電圧で２個のキャパシタ43
ａと43ｂが充電抵抗44ａと44ｂを介して充電される。前
者のキャパシタ43ａはリアクトル45を介し, 後者のキャ
パシタ43ｂは抵抗46を介してそれぞれスイッチ素子47と
接続されており、点弧回路47ａに点弧指令ISを与えてス
イッチ素子47をオンさせたときにキャパシタ44ａと44ｂ
の充電電圧の和が出力される。スイッチ素子47と被試験
素子１の間に挿入されているスイッチ48は可制御素子を
試験する際には図のように閉じられる。なお、キャパシ
タ44ａの方は数百Ｖに充電されて被試験素子１に印加す
る順方向電圧を所望の勾配ないしは dv/dtで立ち上げる
に要する電流を供給し、キャパシタ44ｂの方は数千Ｖに
充電されて被試験素子１に印加する順方向電圧を所望の
高圧レベルに維持する役目を果たす。

【００２８】以上説明した試験回路を被試験素子１に合
わせた試験条件に能率的に設定し，その動作を制御する
ためこの実施形態ではプログラムコントローラ60を用い
る。このコントローラ60にはカードリーダ61を設けて被
試験素子１ごとに試験条件を記録したカード61ａを読み
取らせるのがよい。コントローラ60は選択器51，52や調
整器53にセットデータSDを, スイッチ18等にスイッチ指
令SSをそれぞれ与えるとともに、それに付随して設けら
れたタイミング回路62を介して被試験素子１の点弧回路
1a等に点弧指令ISを発する役目を果たす。

【００２９】さらにこの実施形態では、被試験素子１の
ターンオフ時間や逆回復時間の測定精度を高めるため計
算機70を用い、前述のオッシロスコープ３のメモリ部3a
から被試験素子１の電圧や電流の波形に関するディジタ
ルなデータを読み取らせる。この計算機70にはキーボー
ド71, 表示器72およびプリンタ73を設けるとともに、連
絡バス74を介してプログラムコントローラ60と接続し,
データバス75を介してオッシロスコープ３と接続するの
がよい。

【００３０】次に、図２を参照しながら本発明方法によ
って被試験素子１のオフ動作特性を試験する要領を説明
する。被試験素子１は図１のサイリスタとする。同図
(a) に試験に際しこの半導体素子１に掛かる電圧ｖの波
形を, 同図(b) にその電流ｉの波形を, 同図(c) に電流
ｉの波形の細部をそれぞれ示す。試験に際しては、まず
プログラムコントローラ60にカードリーダ61を介して被
試験素子１に対する試験条件の指定内容をカード61ａか
ら読み取らせ、それからセットデータSDを与えることに
よって順方向電流源10と逆方向電圧源30のキャパシタ1
3, 33の静電容量とリアクトル15, 35のインダクタンス
を所望値に設定し、かつそれにより指定した一方向素子
20をオンさせる。また、スイッチ指令SSによりスイッチ
18と38と48を図１に示された開閉状態に置く。

【００３１】以上のように設定した試験条件は計算機70
の表示器72に表示されるので、その内容の確認後に順方
向電流源10と逆方向電圧源30と順方向電圧源40に交流電
圧を投入してそれらのキャパシタを充電する。次に、キ
ーボード71から指令を与えて図２の時刻t1にプログラム
コントローラ60のタイミング回路62から点弧指令ISを与
えて被試験素子１をオンさせる。これにより順方向電流
源10のキャパシタ13が放電開始し、その放電電流が被試
験素子１に図２(b) の電流ｉの波形に示すようリアクト
ル15のインダクタンスで設定した時定数で立ち上がる順
方向電流として与えられる。図２(a) に示すように時刻
t1以前はキャパシタ13の充電電圧ｖ_C が被試験素子１に
掛かっているが、オン以後の被試験素子１の電圧ｖはす
ぐにごく低い一定の順方向電圧ｖ_F にまで下がる。順方
向電流源10の放電時定数はかなり大きく設定されてお
り、図２(b) の電流ｉは時刻t1後に１〜数mSが経過した
ときほぼ一定の最大順方向電流ｉ_F まで増加する。この
最大順方向電流ｉ_F は被試験素子１の定格に応じ前述の
１〜数kAの範囲に設定される。

【００３２】ついで、図２に示す時刻t2に逆方向電圧源
30のスイッチ素子37を点弧指令ISによりオンさせること
によりキャパシタ33を放電させ、その際の放電電圧を被
試験素子１に逆方向電圧として印加する。これにより被
試験素子１に順方向に流れていた電流ｉは図２(b) のよ
うに急激に減少し、さらに短時間ではあるが逆方向に流
れた後に０に減衰して行く。これと同時に逆方向電圧源
30の放電電流は順方向電流源10の方に流入するので、図
２(a) のように被試験素子１に掛かる電圧ｖは最大値を
経過した後にふつう数百〜千Ｖの一定の逆電圧ｖ_R に落
ち着いて行く。この結果、電圧ｖと電流ｉの波形に図の
ような鋭い負のピークが現れる。なお、上述の逆電圧ｖ
_R を安定させる上では順方向電流源のキャパシタ13に対
する整流回路12からの充電電流を切っておくのが望まし
く、このためには図には示されていないが充電抵抗12ａ
と直列にスイッチ素子を挿入して時刻t2の前にオフ状態
にしておくのがよい。

【００３３】図２(c) に電流ｉが時刻t2の以前の順方向
電流値ｉ_F から急激に減少している際の波形を時間軸方
向に拡大して示す。よく知られているように電流ｉが順
方向電流値ｉ_F の90％のｉ_U から10％のｉ_L に減少する
までが被試験素子１のターンオフ時間tfである。また、
被試験素子１の逆回復時間trは図２(b) に示すように電
流ｉが減少し始める時刻t2から消滅してしまうまでの時
間である。図１の実施形態ではこれらのターンオフ時間
tfと逆回復時間trは計算機70によって電圧ｖと電流ｉの
波形データから正確に計算される。

【００３４】さらに、次の時刻t3では順方向電圧源40の
スイッチ素子47を点弧指令ISによりオンさせて被試験素
子１に図２(a) に示すように順方向電圧Ｖ_F を与える。
この順方向電圧Ｖ_F には、キャパシタ43ａの充電容量お
よびリアクトル45のインダクタンス値により設定される
所定の, 例えば10〜100V／μＳの勾配ないし dv/dtで立
ち上がり, その後は主にキャパシタ43ｂの充電電圧によ
り設定される一定の,例えば千〜数千Ｖの一定レベルに
推移する波形をもたせるのが望ましい。なお、本発明で
は一方向素子20に順方向電圧源40から順方向電流源10へ
の電流の流入を防止させて順方向電圧Ｖ_F に正確な波形
をもたせることができる。また、図１の実施形態では逆
方向電圧を一方向素子20を介して被試験素子１に印加す
るので、逆方向電圧源30側への電流の回り込みも防止さ
れる。

【００３５】図１の実施形態の被試験素子１としての可
制御素子の順方向耐圧の良, 不良はオッシロスコープ３
上に現れる図２(a) の順方向電圧Ｖ_F の波形が正常か否
かで容易に判定できる。また、順方向耐圧が良好な場合
は時刻t3以降に電流ｉが全く流れないから電流ｉの波形
観察からも順方向耐圧の良否を判定できる。以上のよう
に順方向電流源10, 逆方向電圧源30および順方向電圧源
40を順次に動作させた後は、例えば交流電源電圧の給電
を断つことにより試験回路を当初の状態に戻し、かつそ
れまでにオッシロスコープ３のメモリ部3aに記憶されて
いる電圧ｖと電流ｉの波形データをバス75を介して計算
機70内に読み取る。オッシロスコープ３用のメモリスコ
ープでは数十〜百nSの短いサンプリング周期で波形がデ
ータ化されるので、計算機70により前述のターンオフ時
間tfと逆回復時間trを正確に計算でき、これに必要な波
形データは１mS分程度でよいからごく短時間で計算でき
る。計算機70にはターンオフ時間tfと逆回復時間trの計
算とその結果のプリンタ73への印字のほか、順方向電流
ｉ_F , 順方向電圧Ｖ_F , 逆電圧ｖ_R 等が設定値どおりか
否かを監視する役目をもたせることができる。

【００３６】被試験素子１がサイリスタ以外のベースや
絶縁ゲートにより制御されるトランジスタである場合で
もそれを図１の点弧指令ISのかわりにオンオフ信号を与
える点が異なるだけで以上述べた要領でオフ動作特性を
試験できる。ただし、トランジスタはオン状態では順方
向耐圧をもたないから、順方向電圧源40を動作させる時
刻t3の以前にそれをオフ状態に制御しておく必要があ
る。なお、この場合でも試験回路を構成する一方向素子
20およびそれに組み込むスイッチ素子37, 47にはサイリ
スタを用いるのが有利である。

【００３７】被試験素子１がダイオードの場合は、図１
のスイッチ18と38と48を図とは逆の開閉状態にした上で
順方向電流源10と逆方向電圧源30を順次放電させ、もち
ろんダイオードは順方向耐圧をもたないので順方向電圧
源40は用いない。この場合は順方向電流源10をそのスイ
ッチ素子17を点弧指令ISによりオンさせることにより放
電させて被試験素子１に順方向電流を供給する。この場
合の逆方向電圧源30による逆方向電圧は可制御素子を試
験する際と同様に一方向素子20を介して被試験素子１に
印加することでよいが、図１の回路例では一方向素子20
をスイッチ38で短絡した状態で被試験素子１に直接与え
るようになっている。

【００３８】

【発明の効果】以上述べたとおり本発明による半導体素
子のオフ動作特性試験方法では、充電容量と放電時定数
が可調整に構成され放電電流を被試験素子に順方向に供
給する順方向電流源, その電流供給点と被試験素子の間
に挿入され電流供給方向にのみ導通する一方向素子, 充
電容量と放電時定数が可調整に構成されて被試験素子に
放電電圧を逆方向に印加する逆方向電圧源, および充電
電圧を被試験素子に対し順方向に印加する順方向電圧源
を用い、まず順方向電流源と逆方向電圧源の充電容量と
放電時定数を調整手段により被試験素子の定格に合わせ
て設定した上で,被試験素子が順方向耐圧をもつ可制御
素子である場合には順方向電流源と逆方向電圧源と順方
向電圧源とを, 順方向耐圧がないダイオードである場合
には順方向電流源と逆方向電圧源をそれぞれ順次に動作
させ、その際に被試験素子が受ける電流と電圧の波形か
らオフ動作特性を測定することにより、 (a) 被試験素子の種類および定格に応じて順方向電流源
と逆方向電圧源の充電容量と放電時定数をむだな労力を
費やしたりとくに手間を掛けることなく簡単にかつ短時
間内に調整して試験条件を正確に設定することができ、
しかも同じ試験回路を用いて順方向耐圧をもつ可制御素
子および順方向耐圧がないダイオードを簡単なスイッチ
操作で切り換えて試験することができる。

【００３９】(b) 順方向耐圧をもつ可制御素子の試験に
用いる順方向電圧を順方向電流源と別個に設けた順方向
電圧源により発生させ, 一方向素子により後者から前者
への電流の回り込みを防止するので、単一の順方向電源
に順方向電流と順方向電圧の双方を発生させていた従来
と比べて、試験回路にもたせるべき電力容量を節約しか
つ試験時の消費電力を低減することができる。

【００４０】(c) 順方向電流源の電流供給点と被試験素
子との間に挿入された一方向素子により順方向電圧源を
動作させた際の順方向電流源や逆方向電圧源への電流の
回り込みが確実に防止されるので、順方向電圧源に非常
に正確な波形で順方向電圧を発生させて可制御素子がも
つオン状態からオフ状態に変化した直後の順方向耐圧特
性を正確に試験することができる。

【００４１】かかる特長を備える本発明方法により従来
より格段に低い設備費用とコストで被試験素子のオフ動
作特性を正確にかつ能率的に試験できる。なお、順方向
電流源や逆方向電圧源に複数のキャパシタを組み込んで
それらを並列に接続する組み合わせの選定により充電容
量を調整する本発明の実施形態、さらにはこれらキャパ
シタを差し込みプラグ形のコネクタを介して並列接続す
る実施形態はいずれも充電容量を正確にかつ簡単に調整
できる利点がある。また、順方向電流源や逆方向電圧源
の放電路に挿入したリアクトルのインダクタンスにより
放電時定数を調整する実施形態、さらにはこの調整をリ
アクトルのコイルのタップ選択による粗調整と鉄心の位
置調整による微調整とを組み合わせて行なう実施形態は
放電時定数を容易にかつ正確に調整できる利点がある。

【００４２】複数の一方向素子を並列接続しておいてそ
れらの内の１個を択一的に使用する本発明の実施形態は
一方向素子に被試験素子に相応した電流定格のものを用
いて望ましい試験条件でオフ動作特性を正確に試験でき
る効果があり、さらに一方向素子にサイリスタを用いる
実施形態はその良好な動特性により一方向素子が試験結
果に与える影響を僅かにして試験の精度を高め, かつ点
弧指令を与えるだけで所望のサイリスタをごく簡単に選
択できる利点がある。

【００４３】被試験素子が可制御素子の場合に順方向電
流源を可制御素子のオン動作により放電させる実施形態
は、被試験素子に順方向電流を正常な波形と電流値で与
える上で有利である。また、この場合に逆方向電圧源か
ら一方向素子を介して逆方向電圧を被試験素子に印加す
る実施形態は、そのオフ動作時の電圧と電流を正常な波
形で発生させてターンオフ時間や逆回復時間の測定精度
を高め，さらに順方向電圧源の動作時にその電流が逆方
向電圧源に回り込むのを防止して順方向電圧を耐圧試験
に適した正確な波形で被試験素子に印加できる効果を有
する。

【００４４】被試験素子がダイオードである場合に順方
向電流源をその放電路に挿入されたスイッチ素子を介し
て放電させる実施形態は、被試験素子に順方向電流を正
常な波形で与える上で有利であり、このスイッチ素子と
して逆方向耐圧をもつサイリスタ等を用いる実施形態
は、順方向電圧源の動作時にその電流が逆方向電圧源に
回り込むのを防止して順方向電圧を耐圧試験に適した正
確な波形で被試験素子に印加できる効果を有する。ま
た、逆方向電圧源による逆方向電圧を一方向素子をスイ
ッチで短絡した状態で印加する実施形態は、ダイオード
に対しそのオフ動作特性の試験に最も適した波形の電圧
と電流を与え得る利点がある。

【００４５】さらに、プログラムコントローラを用いて
順方向電流源および逆方向電圧源の充電容量と放電時定
数を被試験素子に合わせて自動設定する実施形態は、労
力や手間を掛けずに試験条件を短時間で整備できる効果
を有し、このコントローラに順方向電流源の放電開始等
のタイミングも制御させる実施形態は、被試験素子に与
える電圧や電流を正確な波形で発生できる利点がある。
また、試験中の被試験素子の電流や電圧の波形をディジ
タルなデータに変換しておき，計算機にそれを読み取ら
せてターンオフ時間や逆回復時間計算させる実施形態
は、これら時間の測定精度を向上する上でとくに顕著な
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるオフ動作特性試験方法を被試験素
子がサイリスタの場合について示す試験回路の回路図で
ある。

【図２】本発明方法による試験中に被試験素子に掛かる
電圧およびそれに流れる電流の波形例を示し、同図(a)
は被試験素子に掛かる電圧の波形図、同図(b) は被試験
素子に流れる電流の波形図、同図(c) は同図(b) の電流
の波形の一部を拡大して示す波形図である。

【符号の説明】

１ 被試験素子ないしはサイリスタ ２ 電流検出抵抗 ３ オッシロスコープないしはメモリスコープ 3a 電圧と電流の波形データを記憶するメモリ部 10 順方向電流源 13 キャパシタ 15 リアクトル 17 ダイオード試験時の放電用スイッチ素子 18 可制御素子試験時のスイッチ素子の短絡用ス
イッチ 20 一方向素子ないしはサイリスタ 30 逆方向電圧源 33 キャパシタ 35 リアクトル 37 放電用のスイッチ素子 38 ダイオード試験時の一方向素子の短絡用スイ
ッチ 40 順方向電圧源 43a,43b キャパシタ 45 リアクトル 47 順方向電圧印加用のスイッチ素子 48 スイッチ 51 キャパシタ用の選択器 52 一方向素子用の選択器 53 リアクトル用の調整器 60 プログラムコントローラ 61 試験回路の設定内容を読み取るカードリーダ 62 タイミング回路 70 計算機 73 試験結果を印字するプリンタ IS サイリスタに対する点弧指令 SD 選択器や調整器に与えるセットデータ SS スイッチの開閉状態を指定するスイッチ指令

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】キャパシタの充電容量とその放電の時定数
   が可調整に構成され放電電流を被試験素子に順方向に供
   給する順方向電流源と、順方向電流源の電流供給点と被
   試験素子の間に挿入され電流供給方向にのみ導通する一
   方向素子と、キャパシタの充電容量とその放電の時定数
   が可調整に構成され放電電圧を被試験素子に逆方向に供
   給する逆方向電圧源と、充電されたキャパシタの電圧を
   被試験素子に順方向に供給する順方向電圧源とを用い、
   順方向電流源と逆方向電圧源のキャパシタの充電容量と
   放電の時定数を調整手段によりあらかじめ被試験素子の
   定格に合わせて設定した上で順方向電流源と逆方向電圧
   源と順方向電圧源の内の少なくとも前二者を順次に放電
   させたときに被試験素子が受ける電流と電圧からそのオ
   フ動作特性を測定するようにしたことを特徴とする半導
   体素子のオフ動作特性試験方法。
2. 【請求項２】請求項１に記載の方法において、複数個の
   キャパシタを順方向電流源と逆方向電圧源にそれぞれ組
   み込み、コネクタを介して並列に接続されるキャパシタ
   の組み合わせを選択して充電容量を調整するようにした
   ことを特徴とする半導体素子のオフ動作特性試験方法。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法において、リアクト
   ルを順方向電流源と逆方向電圧源の放電路に挿入してそ
   のインダクタンスの選定により放電時定数を調整するよ
   うにしたことを特徴とする半導体素子のオフ動作特性試
   験方法。
4. 【請求項４】請求項１に記載の方法において、順方向電
   流源の電流供給点と被試験素子の間に複数の一方向素子
   を並列に挿入してそれらの内の１個を被試験素子の電流
   定格に合わせて択一的に使用するようにしたことを特徴
   とする半導体素子のオフ動作特性試験方法。
5. 【請求項５】請求項４に記載の方法において、一方向素
   子に順方向電流源の放電電流と同方向に導通するサイリ
   スタを用い、複数のサイリスタの内の１個に点弧指令を
   択一的に与えて導通させた後に順方向電流源を放電させ
   るようにしたことを特徴とする半導体素子のオフ動作特
   性試験方法。
6. 【請求項６】請求項１に記載の方法において、被試験素
   子がオフ時に順方向耐圧をもつ可制御素子であり、順方
   向電流源と逆方向電圧源を順次に放電させた後に順方向
   電圧源から順方向電圧を被試験素子に掛けるようにした
   ことを特徴とする半導体素子のオフ動作特性試験方法。
7. 【請求項７】請求項６に記載の方法において、可制御素
   子のオン動作により順方向電流源に放電を開始させるよ
   うにしたことを特徴とする半導体素子のオフ動作特性試
   験方法。
8. 【請求項８】請求項６に記載の方法において、逆方向電
   圧源による逆電圧を一方向素子を介し被試験素子に与え
   るようにしたことを特徴とする半導体素子のオフ動作特
   性試験方法。
9. 【請求項９】請求項１に記載の方法において、被試験素
   子が順方向の耐圧をもたないダイオードであり、順方向
   電流源と逆方向電圧源だけを順次放電させるようにした
   ことを特徴とする半導体素子のオフ動作特性試験方法。
10. 【請求項１０】請求項９に記載の方法において、順方向
    電流源を放電路内に挿入された逆方向耐圧をもつスイッ
    チ素子を介して放電させるようにしたことを特徴とする
    半導体素子のオフ動作特性試験方法。
11. 【請求項１１】請求項９に記載の方法において、逆方向
    電圧源から逆電圧を一方向素子をスイッチで短絡した状
    態で被試験素子に直接に印加するようにしたことを特徴
    とする半導体素子のオフ動作特性試験方法。