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220V交流電升壓整流濾波得到。在測試時，針對不同型號的IGBT，集電極與發(fā)射極間應施加不同的直流電壓。為柵極驅(qū)動供電的則為程控可調(diào)直流供電電源，采用GPIB總線實現(xiàn)與計算機的通信，選擇可調(diào)電源是柵極閾值電壓測試時所必需的。
1.2 IGBT測試電路
　　IGBT的測試電路主要由柵極驅(qū)動電路、保護電路、負載電路和信號調(diào)理電路組成。
1.2.1 柵極驅(qū)動器的選擇
　　不同型號的IGBT，其驅(qū)動電路也有所不同，測試過程中IGBT的驅(qū)動器是可以更換的。設計中選擇了富士公司生產(chǎn)的EXB系列集成驅(qū)動器EXB850和EXB851，分別用于驅(qū)動型號為600V/150A、1 200V/75A、600V/400A和1 200V/300A的IGBT。對于漏電流的測試不需要加驅(qū)動電路。
　　選擇適當?shù)臇艠O串聯(lián)電阻對IGBT柵極驅(qū)動相當重要。IGBT的開通和關斷通過柵極電路的充放電實現(xiàn)，因此柵極電阻值將對IGBT的動態(tài)特性產(chǎn)生極大的影響。在使用時應該根據(jù)IGBT的電流容量和電壓額定值以及開關頻率選擇柵極電阻。設計中IGBT的柵極電阻設置了4個檔，分別是5Ω、10Ω、20Ω和一個空檔。
1.2.2 保護電路
　　為了防止在IGBT測試過程中由于過壓、過流、過熱等引起的IGBT損壞，設計了IGBT的各種保護電路。如柵極過壓保護，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)動器具有過流保護功能；測試IGBT安裝在散熱器上，并利用溫度傳感器檢測散熱器的溫度，當超過允許溫度時將使測試電路停止工作^[4]。
1.2.3 負載電路
　　負載電路包括感性負載和阻性負載。通常情況下動態(tài)參數(shù)的測試以阻性負載進行，但也應考慮感性負載測試的可能性。本設計中把兩種負載都考慮在內(nèi)。感性負載對電路的保護要求更高，IGBT關斷速度越快，電路電感也越大，關斷瞬間電壓值就越高。
1.2.4 信號調(diào)理電路
　　信號調(diào)理電路實現(xiàn)隔離、濾波和將采集的信號轉(zhuǎn)換到采集卡能承受的范圍內(nèi)。該測試系統(tǒng)中有部分參數(shù)電壓范圍超出了采集卡的電壓范圍，所以必須要設計相應的降壓電路。
1.3 IGBT測試參數(shù)及基本測試方法
　　IGBT的測試參數(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開通關斷時間以及續(xù)流二極管的恢復時間等^[5]。這些參數(shù)的測試方法符合國標GB/T17007-1997的標準，但部分參數(shù)的測試方法有所差異和改進。
　?。?）柵極－發(fā)射極閾值電壓VGE(TO)測試:由電壓源對被測器件施加規(guī)定的集電極-發(fā)射極電壓;從零開始逐漸增加柵極－發(fā)射極間的電壓,當檢測到集電極電流達到規(guī)定值時，此時的柵極電壓值即為柵極－發(fā)射極閾值電壓。
　　（2）柵極－發(fā)射極漏電流IGES測試:
集電極-發(fā)射極間短路;由電壓源對被測器件施加規(guī)定的柵極－發(fā)射極電壓,這時通過柵極－發(fā)射極回路的電流即為柵極－發(fā)射極漏電流。
　?。?）集電極-發(fā)射極截止電流ICES測試:柵極-發(fā)射極短路;由電壓源對被測器件施加規(guī)定的集電極-發(fā)射極電壓,這時通過集電極-發(fā)射極回路的電流即為集電極-發(fā)射極截止電流。
　?。?）集電極-發(fā)射極飽和電壓VCE(sat)測試:由電壓源對被測器件施加規(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,這時相對柵極脈沖穩(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。
　?。?）開通時間ton測試:由電壓源對被測器件施加規(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,開通時間是指開通延遲時間與集電極電流上升時間之和。
　?。?）關斷時間toff測試:關斷時間測試包含阻性負載和感性負載的測試。在相應的阻性負載或感性負載條件下,對被測器件施加規(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,關斷時間是指關斷延遲時間與電流下降時間之和。
　?。?）恢復時間測試:用于測量IGBT上反向續(xù)流二極管的恢復時間。首先在二極管上施加規(guī)定幅值的電流,經(jīng)過一定時間后施加一個反向電流使其關斷，同時施加規(guī)定幅值的反向電壓, 按照圖2中的定義即可測得二極管的恢復時間。

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1.4 IGBT測試參數(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，用于采集測試的大部分參數(shù)并檢測保護狀態(tài)。由于要測試的項目比較多，不同的測試項目對應不同的測試電路，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，用于向測試電路發(fā)送通斷控制信號，實現(xiàn)測試電路的切換。
　　在進行開關時間測試和恢復時間測試時，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，用采集卡來采集這些參數(shù)需設計降壓電路且測試的誤差會比較大。故設計中使用示波器直接采集這些波形，并通過GPIB總線，實現(xiàn)示波器與計算機的通信，通過LabVIEW軟件接收來自示波器的波形，利用LabVIEW的數(shù)據(jù)處理功能，通過軟件編程計算出所測的時間參數(shù)。
2 IGBT綜合參數(shù)測試系統(tǒng)軟件設計
　　IGBT的虛擬儀器測試系統(tǒng)軟件實現(xiàn)對測試系統(tǒng)的控制，完成整個系統(tǒng)的自動化過程。主要實現(xiàn)向測試電路發(fā)送控制信號、采集測試數(shù)據(jù)和波形、處理采集數(shù)據(jù)、顯示最終結(jié)果的功能。該虛擬測試系統(tǒng)的軟件是分模塊實現(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)射極閾值電壓測試模塊、集電極－發(fā)射極截止電流測試模塊、集電極－發(fā)射極飽和電壓測試模塊、IGBT開通關斷時間測試模塊以及續(xù)流二極管的恢復時間測試模塊。
　　系統(tǒng)軟件編程工具采用NI的LabVIEW8.0，系統(tǒng)最終的測試界面如圖3所示。開始測試前應對系統(tǒng)進行自檢；測試過程中如果有過壓、過流、過熱等現(xiàn)象，系統(tǒng)會即刻報警并停止測試。對于沒有并聯(lián)續(xù)流二極管的IGBT則不需要進行恢復時間測試。
設計中，除開關時間和恢復時間外的其他參數(shù)都是通過PCI－6024E采集卡經(jīng)必要的降壓濾波等電路后直接測得，然后在LabVIEW中進行必要的放大等處理就可以直接得出測試結(jié)果。對于時間參數(shù)，則利用示波器與計算機通信，用LabVIEW接收示波器采集的波形和數(shù)據(jù)。關于示波器與LabVIEW的通信方法可參考文獻[6]。

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　　基于虛擬儀器的IGBT測試系統(tǒng)改變了傳統(tǒng)的采用示波器讀取測試參數(shù)的方法，實現(xiàn)了測試的快速性和精確性。該系統(tǒng)具有極強的擴展性，通過改變母線直流供電電源、更換IGBT驅(qū)動器等措施就可以對更多型號的IGBT進行測試。實際的IGBT測試需要進行常溫測試和高溫測試，本系統(tǒng)目前只適合在常溫下測試，對于高溫測試系統(tǒng)中的保護和負載電路還有待進一步研究，測試電路在驅(qū)動和濾波等方面還需有所改進。