专利名称：一种大功率晶闸管测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及晶闸管测试技术领域，特别涉及ー种大功率晶闸管测试装置。
背景技术：
近年来，电カ电子设备在电网中用途越来越广泛，目前直流输电整流/换流装置、静止无功补偿器、可控串联补偿器、短路电流限制器等各种设备在电网输配电领域中都发挥了巨大的作用，以上提到的几类设备，核心元件均为I. 5英寸到6英寸大功率晶闸管。其 器件耐压多数在4000V 8000V范围，电流最高可达4200A半波平均值。目前普遍缺乏此种大功率晶闸管原件的测试手段，造成对电カ电子设备运行监护的困难，很难实现对在运设备进行系统全面的状态跟踪工作，对设备的长期安全稳定运行带来极大隐患，也严重制约了电カ电子产业的发展。因此，有必要研制ー种大功率晶闸管测试装置，自动完成其各类特性测试。
发明内容(一)技术问题本实用新型克服了现有技术的缺陷，解决了晶闸管，特别是大功率晶闸管的门极和通态、断态和阻态、反向恢复等特性的自动化测试问题。( ニ )技术方案本实用新型公开了ー种大功率晶闸管测试装置，该装置包括エ控机、DSP、门极与通态特性测试单元、断态与阻态特性测试单元和反向恢复特性测试单元，该DSP分别与该エ控机、该门极与通态特性测试单元、该断态与阻态特性测试单元及该反向恢复特性测试单元相连。进一歩，该门极与通态特性测试单元包括第一 DA转换器、第二 DA转换器、第一 AD转换器、第二 AD转换器、第一 I/O控制电路、第一差动放大器、第二差动放大器、第三差动放大器、第一电流功率放大器、第二电流功率放大器、第三电流功率放大器、第四电流功率放大器、第五电流功率放大器、第六电流功率放大器、第七电流功率放大器、第一光电耦合器、第一门极驱动电路、继电器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电压测量电路、第二电压测量电路和第一电流测量电路，该门极与通态特性测试单元通过该第一 DA转换器、该第ニ DA转换器、该第一 AD转换器、该第二 AD转换器及该第一 I/O控制电路与该DSP相连，该第一 DA转换器分别通过该第一差动放大器和该第二差动放大器与该第一电流功率放大器及该第二电流功率放大器依次相连，该第一 I/O控制电路与该第一光电耦合器及该第一门极驱动电路依次相连，该第一 I/O控制电路还与该第一电流功率放大器相连，该继电器分别连接该第二电流功率放大器、该第一门极驱动电路及该第一 I/O控制电路，该第一 AD转换器、该第一运算放大器和该第一电压测量电路依次相连，该第二 DA转换器通过该第三差动放大器分别与该第三电流功率放大器、该第四电流功率放大器、该第五电流功率放大器、该第六电流功率放大器和该第七电流功率放大器相连，该第三电流功率放大器、该第四电流功率放大器、该第五电流功率放大器、该第六电流功率放大器和该第七电流功率放大器还均通过该第一电流测量电路与该第二 AD转换器相连，该第二 AD转换器与该第二运算放大器以及该第二电压测量电路依次相连。进一歩，该断态与阻态特性测试单元包括第三DA转换器、第三AD转换器、第四差动放大器、脉冲宽度调制集成电路、开关放大器、交流滤波器、变压器、分压电阻、第一电流传感器、第三运算放大器、第四运算放大器、第三电压测量电路和第二电流测量电路，该断态与阻态特性测试单元通过该第三DA转换器以及该第三AD转换器与该DSP相连，该第三DA转换器、该第四差动放大器、该脉冲宽度调制集成电路、该开关放大器、该交流滤波器及该变压器依次相连，该变压器的输出端与该分压电阻、该第三电压测量电路、该第三运算放大器、该第三AD转换器依次相连，该变压器的输出端还与该第一电流传感器、该第二电流
測量电路、该第四运算放大器以及该第三AD转换器依次相连。进ー步，该反向恢复特性测试单元包括第四DA转换器、第四AD转换器、第二 I/O控制电路、第五差动放大器、电压功率放大器、LC振荡电路、第二门极驱动电路、第二光电耦合器、第二电流传感器和第三电流测量电路，该反向恢复特性测试单元通过该第四DA转换器、该第四AD转换器及该第二 I/O控制电路分别与该DSP相连，该第四DA转换器与该第五差动放大器、该电压功率放大器及该LC振荡电路依次相连，该LC振荡电路的输出端与该第ニ电流传感器、该第三电流测量电路及该第四AD转换器依次相连，该第二 I/O控制电路与该第二光电耦合器及该第二门极驱动电路依次相连。(三)有益效果本实用新型公开的大功率晶闸管测试装置的有益效果在干能完成对大功率晶闸管的门极特性测试，通态特性测试，断态与阻态特性测试和反向恢复特性參数的测试；自动化程度高通过监控单元设置，自动完成各种參数测试。
图I为本实用新型的大功率晶闸管测试装置的结构示意图。图2为本实用新型的门极与通态特性测试单元的结构示意图。图3为本实用新型的断态与阻态特性测试单元的结构示意图。图4为本实用新型的反向恢复特性测试单元的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进ー步的详细说明。图I所示为本实用新型公开的ー种大功率晶闸管测试装置101的结构示意图，该装置101由エ控机102、DSP103、门极与通态特性测试单元104、断态与阻态特性测试单元105和反向恢复特性测试单元106构成，DSP103分别与エ控机102、门极与通态特性测试单元104、断态与阻态特性测试单元105以及反向恢复特性测试单元106相连。门极与通态特性测试单元104、断态与阻态特性测试单元105及反向恢复特性测试单元106在エ控机102和DSP103的控制下，分别实现晶闸管测试中的门极与通态特性测试、断态与阻态特性测试和反向恢复特性测试等功能，由于此三个单元的结构较为复杂，将參见图2至图4在下文中作详细地介绍。[0018]參见图2，门极与通态特性测试单元104包括第一DA转换器201-1、第二DA转换器201-2、第一 AD转换器202-1、第二 AD转换器202-2、第一 I/O控制电路203、第一差动放大器204-1、第二差动放大器204-2、第三差动放大器204-3、第一电流功率放大器205-1、第二电流功率放大器205-2、第三电流功率放大器205-3、第四电流功率放大器205-4、第五电流功率放大器205-5、第六电流功率放大器205-6、第七电流功率放大器205-7、第一光电耦合器206、第一门极驱动电路207、继电器208、第一运算放大器209-1、第二运算放大器209-2、第一电压测量电路210-1、第二电压测量电路210-2和第一电流测量电路211，门极与通态特性测试单元104通过第一 DA转换器201-1、第二 DA转换器201-2、第一 AD转换器202-1、第二 AD转换器202-2及第一 I/O控制电路203与DSP103相连，第一 DA转换器201-1分别通过第一差动放大器204-1和第二差动放大器204-2与第一电流功率放大器205-1以及第ニ电流功率放大器205-2依次相连，第一 I/O控制电路203与第一光电耦合器206以及第一门极驱动电路207依次相连，第一 I/O控制电路203还与第一电流功率放大器205-1相连，继电器208分别连接第二电流功率放大器205-2、第一门极驱动电路207以及第一 I/O控制电路203，第一 AD转换器202-1与第一运算放大器209-1和第一电压测量电路210-1依次相连，第二 DA转换器201-2通过第三差动放大器204-3分别与第三电流功率放大器205-3、 第四电流功率放大器205-4、第五电流功率放大器205-5、第六电流功率放大器205-6和第七电流功率放大器205-7相连，第三电流功率放大器205-3、第四电流功率放大器205-4、第五电流功率放大器205-5、第六电流功率放大器205-6和第七电流功率放大器205-7均通过第一电流测量电路211与第二 AD转换器202-2相连，第二 AD转换器202-2与第二运算放大器209-2和第二电压测量电路210-2依次相连。參见图3，断态与阻态特性测试单元105包括第三DA转换器301、第三AD转换器302、第四差动放大器303、脉冲宽度调制集成电路304、开关放大器305、交流滤波器306、变压器307、分压电阻308、第一电流传感器309、第三运算放大器310-1、第四运算放大器310-2、第三电压测量电路311和第二电流测量电路312，该断态与阻态特性测试单元105通过第三DA转换器301和第三AD转换器302与DSP103相连，第三DA转换器301、第四差动放大器303、脉冲宽度调制集成电路304、开关放大器305、交流滤波器306及变压器307依次相连，变压器307的输出端与分压电阻308、第三电压测量电路311、第三运算放大器310-1、第三AD转换器302依次相连，变压器307的输出端还与第一电流传感器309、第二电流测量电路312、第四运算放大器310-2和第三AD转换器302依次相连。參见图4，反向恢复特性测试单元106包括第四DA转换器401、第四AD转换器402、第二 I/O控制电路403、第五差动放大器404、电压功率放大器405、LC振荡电路406、第二门极驱动电路407、第二光电耦合器408、第二电流传感器409和第三电流测量电路410，反向恢复特性测试单元106通过第四DA转换器401、第四AD转换器402及第ニ I/O控制电路403分别与DSP103相连，第四DA转换器401与第五差动放大器404、电压功率放大器405以及LC振荡电路406依次相连，LC振荡电路406的输出端与第二电流传感器409、第三电流測量电路410以及第四AD转换器402依次相连，第二 I/O控制电路403、第二光电耦合器408及第ニ门极驱动电路407依次相连。本新型公开的大功率晶闸管测试装置主要用于晶闸管的门极、通态、断态、阻态、反向恢复等特性的测试，结合装置101对此些特性测试的工作过程描述如下。[0022]I、门极特性测试门极特性测试主要用于测试晶闸管的门极触发电压、门极触发电流、门极不触发电压和门极不触发电流。进行门极特性测试前，需将装置101与被测晶闸管相连，其连接方式为第一电流功率放大器205-1与被测晶闸管阳极相连，继电器208的输出端与被测晶闸管门极相连，继电器208的公共端与被测晶闸管的阴极相连，被测晶闸管的门极还与第一电压测量电路210-1的输入端相连。该门极特性的测试过程为测试人员将被测晶闸管所需的阳极电流、门极电流及门极电流调节步长等參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发出控制指令，DSP103经第一 DA转换器201-1和第一差动放大器204-1控制第一电流功率放大器205-1输出该阳极电流，同时DSP103经第一 DA转换器201-1和第二差动放大器204-2控制第二电流功率放大器205-2通过继电器208输出该门极电流，之后，第一电压测量电路210-1采集被测晶闸管的门极电压信号，并将采集到的该门极电压信号经第一运算放大器209-1、第一 AD转换器201-1和DSP103发送至エ控机102，根据该门极电流调节步长，第二电流功率放大器205-2输出至被测晶闸管门极的门极电流不断増加，促使被测晶闸管由断态变成通态，从而得到被测晶闸管的门极触发电流、门极触发电压、门极不触发电流和门极不触发电压，并由エ控机102显示该门极触发电流、门极触发电压、门极不触发电流和门极不触发电压的參数值，自动完成门极特性测试。2、通态特性测试晶闸管的通态特性测试包括维持电流、擎住电流和通态电流电压等三种测试，其中(I)维持电流测试维持电流测试主要用于测试晶闸管的维持电流。维持电流测试前，应将装置101的第一电流功率放大器205-1与被测晶闸管阳极相连，继电器208的输出端与被测晶闸管门极相连，继电器208的公共端与被测晶闸管阴极相连。 该维持电流测试的工作过程为测试人员将被测晶闸管所需的阳极电流、阳极电流调节步长和门极电流等參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发出控制指令，DSP103经第一 DA转换器201-1和第一差动放大器204-1控制第一电流功率放大器205-1输出该阳极电流，同时DSP103经第一 DA转换器201-1和第二差动放大器204-2控制第二电流功率放大器205-2由继电器208控制输出该门极电流，根据该阳极电流调节步长，第一电流功率放大器205-1输出至被测晶闸管阳极的阳极电流不断減少，促使被测晶闸管由通态变成断态，从而得到被测晶闸管的维持电流，并由エ控机102显示该维持电流的參数值，自动完成維持电流测试。(2)擎住电流测试擎住电流测试主要用于测试晶闸管的擎住电流。擎住电流的测试前，应将装置101的第一电流功率放大器205-1与被测晶闸管阳极相连，继电器208与被测晶闸管的门极相连。擎住电流测试的工作过程为测试人员将被测晶闸管的阳极电流、阳极电流调节步长和门极脉冲触发信号等參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发出控制指令，DSP103经第一 DA转换器201-1和第一差动放大器204-1控制第一电流功率放大器205-1输出该阳极电流，同时DSP103控制第一 I/O控制电路203经第一光耦合器206和第一门极驱动电路207经继 电器208控制输出该门极触发脉冲信号，根据该阳极电流调节步长，第一电流功率放大器205-1输出至被测晶闸管阳极的阳极电流不断増加，促使被测晶闸管由断态变成通态，从而得到被测晶闸管的擎住电流，并由エ控机102显示该擎住电流的參数值，自动完成擎住电流测试。(3)通态电流、电压测试通态电流、电压测试主要用于测试晶闸管的通态电流和通态电压。通态电流、电压测试前，本新型装置101与被测晶闸管的连接方式为继电器208的输出端与被测晶闸管门极相连，继电器208的公共端与被测晶闸管阴极相连，第三电流功率放大器205-3、第四电流功率放大器205-4、第五电流功率放大器205-5、第六电流功率放大器205-6及第七电流功率放大器205-7分别与被测晶闸管的阳极和阴极相连，第二电压测量电路210-2与被测晶闸管的阳极相连。通态电流、电压测试的工作过程为测试人员将被测晶闸管所需的门极电流、阳极电流、阴极电流等參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发出控制指令，DSP103经第一 DA转换器201-1和第二差动放大器204-2控制第二电流功率放大器205-2由继电器208控制输出该门极电流，同时DSP103经第二 DA转换器201-2和第三差动放大器204-3放大控制第三电流功率放大器205-3至第七电流功率放大器205-7输出该阳极电流，被测晶闸管被导通后，第一电流测量电路211通过第三电流功率放大器205-3至第七电流功率放大器205-7采集被测晶闸管的通态电流，并将该通态电流经第二 AD转换器202-2转换成通态电流值后上传至DSP103，第二电压测量电路210-2測量被测晶闸管的通态电压，并将该通态电压经第二运算放大器209-2放大、第二 AD转换器202-2转换成通态电压值后上传给DSP103, DSP103将该通态电流值和通态电压值发送至エ控机102进行显示，自动完成通态电流、电压测试。3、断态特性测试断态特性测试主要用于测试晶闸管在断态时的电压电流值。断态特性测试前，本发明的装置101与被测晶闸管的连接方式为变压器307的输出端连接到被测晶闸管的阳极和阴极，被测晶闸管的门极被开路。该断态特性测试的工作过程为测试人员将断态特性测试项目和设定參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发送控制信号，DSP103经第三DA转换器301、第四差动放大器303控制脉冲宽度调制集成电路304经开关放大器305、交流滤波器306和变压器307输出50Hz脉冲正弦正半波给被测晶闸管的阳极和阴极，此时被测晶闸管处于断态，由第三电压测量电路311经分压电阻308采集被测晶闸管的断态电压，该断态电压经第三运算放大器310-1、第三AD转换器302和DSP103发送至エ控机102，由エ控机102显示断态电压值，同时，由第二电流测量电路经第一电流传感器309、采集被测晶闸管的断态电流，该断态电流经第四运算放大器310-2、第三AD转换器302和DSP103发送至エ控机102，由エ控机102显示断态电流值，自动完成断态电流、电压特性测试。4、阻态特性测试[0045]阻态特性测试主要用于测试晶闸管在阻态(即晶闸管在反向电压时的关断状态)时的电压电流值。阻态特性测试的接线方式与断态测试的接线方式相同，在此不再赘述。该阻态特性测试的工作过程为测试人员将阻态特性测试项目和设定參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发送控制指令，DSP103经第三DA转换器301、第四差动放大器303控制脉冲宽度调制集成电路304经开关放大器305、交流滤波器306和变压器307输出50Hz脉冲正弦负半波给被测晶闸管的阳极和阴极，此时被测晶闸管处于阻态，由第三电压测量电路311经分压电阻308采集被试晶闸管的阻态电压，该阻态电压经第三运算放大器310-1、第三AD转换器302和DSP103发送至エ控机102，由エ控机102显示该阻态电压值，同吋，由第二电流测量电路312经第一电流传感器309采集被试晶闸管的阻态电流，该阻态电流经第四运算放大器310-2、第三AD转换器302和DSP103发送至エ控机102，由エ控机102显示该阻态电流值，自动完成阻态特性测试。5、反向恢复特性测试反向恢复特性测试主要用于测试晶闸管的反向恢复电流值等參数。反向恢复特性测试前，本发明的装置101与被测晶闸管的连接方式为第二门极驱动电路407的输出端连接到被测晶闸管的门极，LC振荡电路406的输出端与被测晶闸管阳极和阴极相连。该反向恢复特性测试的工作过程为测试人员将反向恢复特性测试项目和设定參数输入エ控机102，由エ控机102向DSP103发送控制指令，DSP103经第四DA转换器401和第五差动放大器404控制电压功率放大器405对LC振荡电路406进行充电,充电完成后，DSP103控制第二 I/O控制电路403经第二光耦合器408驱动第二门极驱动电路407输出被测晶闸管所需的门极触发信号，第三电流测量电路410经第二电流传感器409检测通过被测晶闸管阳极和阴极的电流，并将检测到的电流信号经第四AD转换器402转换和DSP103处理后发送至エ控机102，由エ控机102显示被试晶闸管反向恢复电流等參数，自动完成反向恢复特性测试。本新型公开的大功率晶闸管测试装置通过エ控机和DSP自动控制电流功率放大器、变压器和LC振荡电路等向被测晶闸管输入所需的电流，改变被测晶闸管的导通或截止状态，由电压测量电路采集被测晶闸管的电压，以及由电流测量电路采集被测晶闸管的电流，从而自动完成晶闸管的门极、通态、断态、阻态、反向恢复等特性测试。此外，本新型采用的多个电流功率放大器还可以满足大功率晶闸管的测试要求。从而使得本新型的大功率晶闸管测试装置具有自动测试大功率晶闸管特性的优势。以上实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本实用新型的范畴，本实用新型的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求1.ー种大功率晶闸管测试装置，其特征在于，所述装置包括エ控机、DSP、门极与通态特性测试单元、断态与阻态特性测试单元和反向恢复特性测试单元，所述DSP分别与所述エ控机、所述门极与通态特性测试单元、所述断态与阻态特性测试单元及所述反向恢复特性测试单元相连。
2.根据权利要求I所述的大功率晶闸管测试装置，其特征在于，所述门极与通态特性测试单兀包括第一 DA转换器、第二 DA转换器、第一 AD转换器、第二 AD转换器、第一 I/O控制电路、第一差动放大器、第二差动放大器、第三差动放大器、第一电流功率放大器、第二电流功率放大器、第三电流功率放大器、第四电流功率放大器、第五电流功率放大器、第六电流功率放大器、第七电流功率放大器、第一光电耦合器、第一门极驱动电路、继电器、第一运算放大器、第二运算放大器、第一电压测量电路、第二电压测量电路和第一电流测量电路， 所述门极与通态特性测试单元通过所述第一 DA转换器、所述第二 DA转换器、所述第一 AD转换器、所述第二 AD转换器及所述第一 I/O控制电路与所述DSP相连，所述第一 DA转换器分别通过所述第一差动放大器和所述第二差动放大器与所述第一电流功率放大器及所述第二电流功率放大器依次相连，所述第一 I/O控制电路与所述第一光电耦合器及所述第一门极驱动电路依次相连，所述第一 I/O控制电路还与所述第一电流功率放大器相连，所述继电器分别连接所述第二电流功率放大器、所述第一门极驱动电路及所述第一 I/O控制电路，所述第一 AD转换器、所述第一运算放大器和所述第一电压测量电路依次相连，所述第ニ DA转换器通过所述第三差动放大器分别与所述第三电流功率放大器、所述第四电流功率放大器、所述第五电流功率放大器、所述第六电流功率放大器和所述第七电流功率放大器相连，所述第三电流功率放大器、所述第四电流功率放大器、所述第五电流功率放大器、所述第六电流功率放大器和所述第七电流功率放大器还均通过所述第一电流测量电路与所述第二 AD转换器相连，所述第二 AD转换器与所述第二运算放大器以及所述第二电压测量电路依次相连。
3.根据权利要求I所述的大功率晶闸管测试装置，其特征在于，所述断态与阻态特性测试单元包括第三DA转换器、第三AD转换器、第四差动放大器、脉冲宽度调制集成电路、开关放大器、交流滤波器、变压器、分压电阻、第一电流传感器、第三运算放大器、第四运算放大器、第三电压测量电路和第二电流测量电路，所述断态与阻态特性测试单元通过所述第三DA转换器以及所述第三AD转换器与所述DSP相连，所述第三DA转换器、所述第四差动放大器、所述脉冲宽度调制集成电路、所述开关放大器、所述交流滤波器及所述变压器依次相连，所述变压器的输出端与所述分压电阻、所述第三电压测量电路、所述第三运算放大器、所述第三AD转换器依次相连，所述变压器的输出端还与所述第一电流传感器、所述第二电流測量电路、所述第四运算放大器以及所述第三AD转换器依次相连。
4.根据权利要求I所述的大功率晶闸管测试装置，其特征在于，所述反向恢复特性测试单元包括第四DA转换器、第四AD转换器、第二 I/O控制电路、第五差动放大器、电压功率放大器、LC振荡电路、第二门极驱动电路、第二光电耦合器、第二电流传感器和第三电流测量电路，所述反向恢复特性测试单元通过所述第四DA转换器、所述第四AD转换器及所述第ニ I/O控制电路分别与所述DSP相连，所述第四DA转换器与所述第五差动放大器、所述电压功率放大器及所述LC振荡电路依次相连，所述LC振荡电路的输出端与所述第二电流传感器、所述第三电流测量电路及所述第四AD转换器依次相连，所述第二 I/O控制电路与所述第二光电耦合器及所述第二门极驱动电路 依次相连。
专利摘要本实用新型涉及一种大功率晶闸管测试装置，该装置包括工控机、DSP、门极与通态特性测试单元、断态与阻态特性测试单元和反向恢复特性测试单元，该DSP分别与该工控机、该门极与通态特性测试单元、该断态与阻态特性测试单元以及该反向恢复特性测试单元相连。本新型公开的装置可用于大功率晶闸管的特性自动测试，自动化程度高。
文档编号G01R31/26GK202453459SQ201220014329
公开日2012年9月26日 申请日期2012年1月13日 优先权日2012年1月13日
发明者任志军, 吴丹岳, 吴文宣, 张琦, 李治兵, 李素文, 林焱 申请人:北京博电新力电气股份有限公司, 福建省电力有限公司电力科学研究院