* 為中車集團(tuán)株洲電力機(jī)車研究所定制的半導(dǎo)體器件靜態(tài)特性綜合試驗臺
用于晶閘管、 整流管等半導(dǎo)體器件的阻斷特性測試、門極特性參數(shù)VGT、lGT、通態(tài)電壓測試、維持電流測試,各參數(shù)均采用計算機(jī)顯示, 一鍵式操作測試精度高,操作便捷,是半導(dǎo)體器件測試的必備設(shè)備。
一、概述
DBC-223型半導(dǎo)體器件靜態(tài)特性綜試驗臺的測試方法符合JB/T7626-2013中的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
該設(shè)備具有如下特點：
1. 該測試系統(tǒng)是一套靜態(tài)綜合的測試系統(tǒng)，綜合測試參數(shù)多，技術(shù)水平較高。
2. 該測試系統(tǒng)是一套大電流、高電壓的測試設(shè)備，對設(shè)備的電氣性能要求高。
3. 該系統(tǒng)是一套靜態(tài)參數(shù)的集成測試系統(tǒng)，因此該設(shè)備的結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復(fù)雜
4. 該系統(tǒng)的測試控制完全采用自動控制，測試可按測試員設(shè)定的程序進(jìn)行自動測試。
5. 該系統(tǒng)采用計算機(jī)記錄測試結(jié)果，并可將測試結(jié)果轉(zhuǎn)化為EXCEL文件進(jìn)行處理，還能實時打印測試結(jié)果。
6. 該測試系統(tǒng)是半導(dǎo)體器件檢驗測試中不可缺少的專用測試設(shè)備。
該套測試設(shè)備主要由以下幾個單元組成：
1) 門極觸發(fā)參數(shù)測試單元
2) 維持電流測試單元
3) 通態(tài)電壓參數(shù)測試
4) 阻斷參數(shù)測試單元
5) 計算機(jī)控制系統(tǒng)
二、技術(shù)條件
2-1 環(huán)境要求：
A. 環(huán)境溫度：8—35℃
B. 相對濕度：小于75%
C. 大氣壓力：86Kpa—106Kpa
D. 海拔高度：1000米以下
E. 電網(wǎng)電壓：AC220V±10%無嚴(yán)重諧波
F． 電網(wǎng)頻率：50Hz±1Hz
G． 電源功率：小于5KW
H． 供電電網(wǎng)功率因數(shù)：＞0.9
2-2 主要技術(shù)指標(biāo)：
2-2.1 門極觸發(fā)特性
1. 門極觸發(fā)電壓：0.30—5.00V 分辨率0.01V 精度±5%±0.02V;
2. 門極觸發(fā)電流：10—500mA 分辨率1mA 精度±5%±1mA
3. 陽極電壓：12V；
4. 陽極串聯(lián)電阻：6Ω；
5. 測試頻率：單次。
2-2.2 維持電流
1. 陽極電壓：12V；
2. 維持電流：10—500mA 分辨率1 mA 精度±5%±1mA;
3. 測試頻率：單次。
4. 預(yù)導(dǎo)通電流： 30A，衰減波
2-2.3通態(tài)壓降測試
1. 通態(tài)峰值電流：500—10000A，分辨率1A，精度±3%±10A；
2. 通態(tài)電壓：0.20V—9.99V，分辨率：10mV；準(zhǔn)確度±3%±10mV；
3. 測試頻率：單次。
4. 通態(tài)電流達(dá)到電流峰值的時間：≥5ms；
2-2.4 阻斷測試
1. 阻斷電壓（VDRM\VRRM）：200—6000V，分辨率10V，準(zhǔn)確度±3%±10V；
分兩檔：200-999V 分辨率10V，準(zhǔn)確度±3%±10V；
1000-6000V 分辨率10V，準(zhǔn)確度±3%±10V；
2. 阻斷漏電流(IDRM\IRRM)： 1—100mA 精度 ±3%±0.1mA
3.保護(hù)漏電流：1-99mA
計算機(jī)設(shè)定測試時斷態(tài)/反向峰值電壓的保護(hù)電壓數(shù)值及斷態(tài)/反向峰值電流的保護(hù)電流的數(shù)值。
4. 測試頻率：50HZ；
5. 測試方式：手動測試方式；
三、功能概述
3-1測試范圍
該套測試設(shè)備主要可測試以下參數(shù)：
1. 門極觸發(fā)測試：VGT、IGT
2. 維持電流測試：IH
3. 通態(tài)電壓測試：VTM、ITM
4. 阻斷參數(shù)測試：VD、VR 、ID、IR
3-2 計算機(jī)控制系統(tǒng)
計算機(jī)控制系統(tǒng)是該設(shè)備的中心控制單元，設(shè)備的所有工作程序，工作時序，開關(guān)的動作狀態(tài)，數(shù)據(jù)的采集等均由計算機(jī)完成。
計算機(jī)采用的是研華工業(yè)控制機(jī)，機(jī)箱為610H型，具有抗電磁干擾能力強(qiáng)，排風(fēng)量大等特點。
在計算機(jī)中，安裝有美國國家儀器公司生產(chǎn)的數(shù)據(jù)采集卡NI6221。
NI PCI6221是一塊多功能的數(shù)據(jù)采集卡，具有三組數(shù)據(jù)端口，16/8個模擬量輸入端口，兩個模擬量輸出口、兩個定時器計數(shù)器。
6221-1數(shù)據(jù)采集卡的定時器端口及模擬輸入/輸出端口功能：
序號 | 端口 | 端子號 | 功能 | |
1 | P0.0 | 52 | 選門極觸發(fā) | |
2 | P0.1 | 17 | 選維持 | |
3 | P0.2 | 49 | 選壓降 | |
4 | P0.3 | 47 | 選阻斷 | |
5 | P0.4 | 19 | 維持預(yù)置 | |
6 | P0.5 | 51 | 維持清零及沖擊 | |
7 | P0.6 | 16 | 計數(shù)脈沖 | |
8 | P0.7 | 48 | 阻斷電壓高低檔 | |
9 | P1.0 | 11 | 阻斷換向 | |
10 | P1.1 | 10 | 阻斷測試 | |
11 | P1.3 | 42 | 門極加陽極電壓 | |
12 | P1.4 | 41 | 維持充電 | |
13 | P1.5 | 6 | 壓降鎖門極 | |
14 | P1.6 | 5 | 運行PLC | |
15 | P1.7 | 38 | 壓降高低檔 | |
16 | P2.0 | 37 | 通斷檢測 | |
17 | P2.1 | 3 | PLC準(zhǔn)備好反饋 | |
18 | P1.2 | 43 | 壓降觸發(fā) | |
19 | P2.6 | 1 | 阻斷同步 | |
20 | ||||
21 | ||||
22 | DA0 | AO0 | 22 | 門極電壓設(shè)定輸出 |
AO GND | 54 | |||
23 | AD0 | AI0 | 68 | 阻斷電壓取樣 |
AI8 | 34 | |||
24 | AD1 | AI1 | 33 | 阻斷漏電流取樣 |
AI9 | 66 | |||
25 | AD2 | AI2 | 65 | 門極電流取樣 |
AI10 | 31 | |||
26 | AD3 | AI3 | 30 | 壓降取樣 |
AI11 | 63 | |||
27 | AD4 | AI4 | 28 | 壓降電流取樣 |
AI12 | 61 | |||
28 | AD5 | AI5 | 60 | 電容電壓反饋 |
AI13 | 26 | |||
29 | DA1 | A01 | 25 | 通態(tài)電流設(shè)定 |
A0 | 21 | |||
30 | ||||
PLC控制系統(tǒng)
PLC控制系統(tǒng)是該設(shè)備的安全控制單元，設(shè)備的所有控制電源、主電源、故障等均由PLC控制。
PLC輸入端口功能：
序號 | 端口 | 功能 |
1 | I0.0 | 控制開 |
2 | I0.1 | 控制關(guān) |
3 | I0.2 | 主電開 |
4 | I0.3 | 主電關(guān) |
5 | I0.4 | 計算機(jī)開 |
6 | I0.5 | 運行 |
7 | I0.6 | 緊停 |
8 | I1.0 | 測試門關(guān)閉 |
9 | I1.1 | 機(jī)柜門關(guān)閉 |
10 | I1.4 | 門極、維持接通反饋 |
11 | I0.7 | 壓降接通反饋 |
12 | I1.5 | 阻斷接通反饋 |
13 | I1.6 | 安全開關(guān)接通反饋 |
PLC輸出端口功能：
序號 | 端口 | 功能 |
1 | Q0.1 | 主電源開 |
2 | Q0.2 | 三色燈紅燈 |
3 | Q0.3 | 三色燈綠燈 |
4 | Q0.4 | 三色燈黃燈 |
5 | Q0.5 | 控制開 |
6 | Q0.6 | 安全開關(guān) |
7 | Q0.7 | 準(zhǔn)備 |
四、安全措施
該設(shè)備為大電流試驗設(shè)備，因此為了保證測試人員及設(shè)備的安全，采用了多重保護(hù)措施。
1. 半導(dǎo)體靜態(tài)特性綜合測試臺是一臺大電流、高電壓的測試設(shè)備。綜合參數(shù)多，電流大、電壓高，開關(guān)動作頻繁，因此對該設(shè)備的開關(guān)器件必須進(jìn)行特殊設(shè)計，在該測試系統(tǒng)中，我們設(shè)計了電動推桿開關(guān)，用該控制技術(shù)，達(dá)到了綜合控制及電流及電壓切換的要求。
2. 為了保證元件未測試前在安全地上，采用開關(guān)將元件的陰陽極短接。
3. 為了保證操作人員及檢修人員的安全，設(shè)置了開機(jī)柜后門斷主電源的功能。
4. 為了保護(hù)計算機(jī)及設(shè)備的安全，線路中設(shè)置了自鎖功能，即當(dāng)控制與主電路帶電時，計算機(jī)電源無法關(guān)閉；當(dāng)計算機(jī)電源未打開時，控制與主電路無法帶電。
5. 為了操作人員的安全，采用了光柵儀器，即當(dāng)可視門上方有人手時，安全門則歸位，測試也將停止。
6. 為了保證測試中設(shè)備的安全，電路中設(shè)置了安全門鎖夾具的功能。即當(dāng)安全門閉合后，夾具無法進(jìn)行升降及加壓工作。
7. 為防止設(shè)備陰極和陽極突然短路，設(shè)置了測溫報警即利用測溫技術(shù)PLC檢測到主回路有短路現(xiàn)象則立即斷開主回路電源且故障指示燈亮；此外若DC24V突然短路也有故障報警同時PLC將主電源和控制電源關(guān)閉。
8. 為了直觀的觀察設(shè)備狀態(tài)，在計算機(jī)柜側(cè)面安裝了三色燈。當(dāng)設(shè)備處于任何故障時，紅燈亮（故障請查閱PLC故障信號）;當(dāng)設(shè)備處于準(zhǔn)備或不測試時，黃燈亮；當(dāng)設(shè)備處于運行狀態(tài)時，綠燈亮。
