2024年1月17日发(作者：红乐英)
大功率电力电子器件性能测试设备
型号规格：非标
用 途：检测大功率电力电子器件的性能参数
一、 购置理由
1、电力电子器件及其性能测试
近年来, 电力电子技术发展迅速, 在工业、航空、军事等领域得到了广泛的应用。由于电力电子产品的体积和价格不断地下降, 而其性能和质量又不断地提高, 电力电子技术在各个领域得到广泛的应用。
电力电子器件是电力电子设备的心脏, 它在很大程度上决定了电力电子设备的性能和质量。迄今为止, 电力电子器件主要有晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、双极型功率晶体管（BJT）、功率MOS场效应管（MOSFET）、绝缘门极晶体管（IGBT）、整流管、大电容、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）和MOS控制晶闸管（MCT）。
随着电力电子技术的飞速发展,广大的研究和产品开发研制人员对电力电子器件参数的兴趣越来越浓厚。电力电子器件的参数主要分为静态参数和动态参数两大类, 静态参数主要有额定电压、额定电流、动态压降等；动态参数主要有开通速度、关断速度、电压临界上升率、电流临界上升率等，另外还有一些重要的参数, 如驱动要求、器件结构参数等。
新型大功率电力电子开关器件具有耐压高、电流大、开关频率高。动态压降小等优越性能，越来越多地被应用到各类大中功率电力变换装置中，成为现代电力电子技术的主导器件。其特性参数是衡量其性能的主要指标。大功率电力电子器件的特性参数具有测试项目多、量程变化大、参数之间相互关联、部分瞬态参数快速突变等特点，使得对参数的测试尤其是时间参数的测试变得十分困难。
2、测试设备用途
大功率电力电子器件性能参数决定了器件的应用场合和应用的条件, 所以电力电子器件参数的测定不仅对器件的研究和生产来说是十分重要的, 而且对电力电子产品的开发、研制和生产也是非常重要的。目前国内外对大功率电力电子参数的测试大部分靠人工，分步、分时进行，存在速度慢、精度低等缺点。因此研制大功率电力电子器件的参数自动测试系统，具有重要的意义。
二、技术要求
1、技术要求
1）IGBT参数说明：
数据采集速率：50MHz
集电极电流IC测量范围：0—1000A
集电极电压UCE测量范围：0—1000V
集电极—发射极饱和电压UCE(sat)测量范围：0—10V，分辨率0．01V，精度4-5％。
表面温度测量范围：0-150度
门极电压UGE测量范围：0—20V
开启电压UGE（th）:2—15V
栅极—发射极漏电流IGES：：100--1000nA，分辨100nA，精度±5%
栅极—发射极阈值电压：0-15V，分辨率O．1V，精度±5％；
集电极—发射极截止电流ICES：0.2-20mA；分辨率O．1mA；精度±3％
开通时间ton：0.3s
管段时间toff：0.4s
恢复时间trr：0.2s（max）
2) 整流管参数说明：
整流管正向电流：1000A
最大整流电流：1000A
最大反向击穿电流：1000A
最高反向电压：1600V
工作频率：小于100KHz
反向击穿电压：1600V
额定结温：150度
3）大电容：
电压：50V
最大容量：33000uF
耐高温：105度
2、设备描述
1）设备技术简介
目前,国内外市场上还没有比较通用的电力电子器件的性能测试仪器,特别是动态参数
的测试。我们拟采用先进的数字化波存技术,结合现代测试仪器的微机化、智能化的发展趋势,开发现代电力电子器件的参数测试仪。微型计算机技术的迅速发展,引起了仪器结构的根本性变革,即以微型计算机为主体代替传统仪器的常规电子线路,成为新一代的具有某种智能的灵活仪器。在测量仪器中引入微机,不仅可以解决传统仪器不能解决或不易解决的问题,而且能简化电路、增加功能、提高精度和可靠性、降低售价以及加快新产品的开发速度。这类仪器已能实现人脑的一部分功能,有的还可以进行自校准、自诊断,并具有自适应、自学习的能力。现代数字化波存技术,就是将模拟信号变换为数字信号存储起来并予以处理所涉及的技术。自 80 年代以来,现代数字化波存技术的发展极其迅速,在各个高科技领域得到了广泛的应用,它通常均采用现代微机系统的结构体系,基本上由信号波形数据采集部分与微机（智能）监控/处理部分,按多总线联接方式构成。
2）器件性能测试系统结构
图1 电力电子器件性能测试结构框图
在此，我们提出了大功率电力电子器件性能测试系统的结构图把计算机技术现代数字化波存技术、集散控制技术和电力电子技术结合起来，组成高智能化、高自动化的电力电子器件性能测试系统。该系统主要有测试主电路、高速数据采集卡、计算机测试、外围设备和计算机监控等五个子系统有机的联结组成，如图1所示。
这是一个集散系统，测试主电路通过改变拓扑来构成各种器件的各种参数的测试电路。测试计算机则是一个集现代计算机技术和现代数字化波存技术的系统 ,负责对测试主电路的控制、高速数据采集卡的控制、被测试量信号的调理、转换 、采集、处理 、显示和其它各种型式的输出 ,此外还提供方便友好的人机交互界面,供测试人员进行控制和对测试过程和结果进行监视,还可同监控计算机或外围设备进行数据通信；监控计算机主要任务是对整个系统的工作进行协调控制和监视,也提供测试人员的人机界面,但这是相比测试计算机更高层次的控制和监视；外围设备是测试系统另外所需的设备和装置,如打印机、显示器等。上述系统构成了电力电子器件的测试系统,但各个子系统的重要性是不一样的。高速数据采集卡和测试计算机这两个子系统是整个系统的关键部分,它们自身构成了计算机高速
数据采集系统,具有相当强的独立性。计算机高速数据采集系统相当于一专用的数字存储示波器,能实现数字存储示波器的一般功能,并有许多应用于器件测试的专用功能。它的显著特点是具有非常高的采样频率和强大的单次截取信号的能力。测试主电路、高速数据采集卡和测试计算机三个子系统,采用微机化仪器的结构联结起来,构成了一台典型的智能化微机仪器。它通过总线与系统连接,实现控制和通讯的功能。所以说,上述三个子系统已经构成了一台简单通用的电力电子器件的测试仪器,可以满足一般场合的需要。由于计算机高速数据采集系统具有相当强的独立性,它与测试主电路的连接是十分简单和规范的(如测试主电路和高速数据采集卡的模拟信号连接,采用规范的模拟示波器的信号输入通道。)所以使用者可以方便的更改测试主电路,或者使用自行设计的测试主电路,以实现特殊测试的需要。该计算机高速数据采集系统 ,甚至可以用作为电力电子产品研制开发的实验仪器,用来测试实际电路的工作状况和各种性能指标。
三、设备组成及选型
1、计算机高速数据采集系统的硬件结构
计算机高速数据采集系统由软件和硬件两大部分组成,其硬件结构主要包括主机、被测量输入通道（包括模拟量和开关量输入通道）、过程输出通道 、人机联系部件和接口电路以及串行或并行数据通讯口等。本系统采用个人计算机作为系统的核心部件,很好地解决了主机、人机联系和通讯等问题。我们所要解决的主要问题是被测模拟量的输入问题。模拟量输入通道一般 由滤波器 、多路模拟开关 、放大器 、采样保持器(S/H)和 A/D 转换器。
模拟量输入通道有单通道和多通道之分。在本系统中,必须采用多通道的模拟量输入结构,因为在电力电子器件的参数测试中,往往需要从多个电路信号的综合中才能测定某一参数的数值。多通道的结构通常又可以分为两种：
①每个通道有各自独立的放大器、采样保持器(S/H)和 转换器。这种形式通常用于高速数据采集系统,它允许各通道同时进行转换。
②多通道共享放大器、S/H和 A/D,这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统中。由多路模拟开关轮流采入各通道的模拟信号 ,经放大、保持和A/D 转换,送入主机。
2、系统软件
该系统的另一重要的组成部分是软件部分, 软件相对于硬件来说具有成本低 、易维护、易扩展、易操作、开发时间短等优点,而且软件可以很方便的实现硬件无法或很难实现的功能。一般的微机化仪器中都尽可能地用软件来实现所需的各种功能。
本系统的软件部分主要实现系统的复位；采集过程的控制；数据的交互、处理、显示、存储、转换、输出；结果的计算、显示、输出等功能。同时提供友好的人机界面,使得操作者可以方便、灵活、直观的操作和察看测试过程。我们用C++语言来开发本系统的软件部分,实现菜单驱动的集成工作环境,在集成工作环境中可以进行器件测试的各种操作。本软件系统开发,将非常重视其功能的扩展,各程序模块间分工合理,联结规范,可以很方便地进
行功能的修改和扩展。
四、系统的工作原理及过程
1、系统的工作原理
本系统应用于电力电子领域,由于电力电子器件工作于开关状态,其被测信号的高频分量非常丰富。所以要求采样的频率很高,以便能够很精确的反应波形的上升沿和下降沿,从而比较准确的测得器件的开通速度和关断速度等参数。
按照上述两种多通道模拟量输入通道的应用特点和本系统的要求来分析 ,似乎应采用每个通道都有独立A/D转换器的通道结构。
但是,考虑到电力电子器件测试的特殊性,同时为了减少硬件成本（ 高速数据采集卡价格十分昂贵,我们采用了第二种多通道共享 A/D的结构。这种结构和一般的多通道共享A/D转换器的结构又有所不同。在一般的应用于过程控制的微机化仪器仪表中,其模拟输入通道的工作过程一般是这样的：由循环计数器控制多路开关接通某一模拟输入信号,A/D转换器采下此时该信号的一个值,然后循环计数器计数,使多路模拟开关又接通下一个模拟输入信号,采下这时刻此下一个信号的值,如此逐点地循环,对各模拟量输入信号进行检测。我们的系统中不可能实现这种工作方式 。
图2 电力电子器件性能测试工作原理框图
在采样频率高达50MHZ的时候,多路模拟开关不可能在采样的间隙在各个模拟输入信号之间进行逐点切换 ,而且,这样的工作方式使得实际对每个输入信号的采样速率下降,牺
牲了A/D卡的速度,这在对采样速率要求很高的本系统中,是不行的。另外一方面,考虑到
电力电子器件测试的特殊性,我们也不需要实现上述的工作方式。电力电子器件测试的要求和一般的过程控制不同,它对信号的实时性没有严格的要求。过程控制的仪器和仪表必须实时的反应外部的模拟输入信号的变动,以便快速的进行显示和做出相应的控制反应。而本系统中只要采集包含有电力电子器件参数信息的信号就可以了,而无需实时地对各个模拟输入信号做出反应，工作原理如图2所示。
2、本系统的工作过程
计算机通过程序控制程控电源，逐步调节电压、电流大小，提供集电极—发射极（母线）电压;电源电压、电流接入被测元件及其负载电路，并通过电压变速器、电流变速器传入高速数据采集卡；表面温度传感器贴于被测元件表面，其输出电信号送入高速数据采集卡进行数据采集；数据采集卡完成实时的数据采样，并送往工控机进行数据处理；控制电路与计算机采用全双工通信，控制电路包含驱动电路以及测试电路，控制被测器件的测试环境以及设定参数，并对被测元件进行测试，测试单元主要包括栅极特性测试单元、截止电流测试单元、饱和电压测试单元、开关时间测试单元、恢复时间测试单元等.大部分测试参数通过信号调理电路后直接经采集卡传输到计算机。计算机完成测试系统的自检、各种参数测试、相关智能仪表的通信、故障诊断与报警、数据分析与处理、测试报告等，并通过显示器与打印机输出数据。
在电力电子器件的测试中,有些参数的测试是损坏性的,但多数参数的测试是无损的。如本系统中的开通速度、关断速度、开通损耗、关断损耗、反并联二极管的反向恢复电流等参数的测试都是非损坏性的,所以系统中的测试波形都是周期性可重复的。
基于上述理由我们以测试信号的周期为间隔（不是以采样周期为间隔）。在每个测试周期内,多路开关始终接通同一个模拟输入信号,A/D卡将该模拟量在此周期内的数据全部采集下来,直到下一测试周期才将多路开关切换到下一个模拟输入信号。这样的结构实现相当简单 ,硬件价格低；且完全满足了电力电子器件测试的要求；同时最大限度的发挥了高速数据采集卡的采样速率,没有因为通道的扩展而牺牲采集卡的实际采样速率，该工作的流程图如图3所示。
图3 模拟量的输入通道的工作流程框图
五、设备价格
序号 名称
1
2
3
4
5
6
7
8
工控机
打印机
串口通信卡
高数数据采集卡
电压变送器
控制电路
电流变送器
表面温度传感器
规格
研华IPC-610L
HP 5200Lx
UT-768，8口工业级RS-232PCI多串口卡
研华PCI-1716L 16位，采样频率250 ks/s
STM/SO1T_V25V6（电压传感器）
STM /SD1T_C4V6
单价（万元）
5
0.7
0.5
0.7
0.1
3
0.1
数量
1
1
1
1
4
1
2
4
合计（万元）
5
0.7
0.5
0.7
0.4
3
0.2
0.2
备注
台湾研华科技
惠普
深圳市宇泰科技有限公司
台湾研华科技
北京世特美测控技术有限公司
自制
北京世特美测控技术有限公司
天才市欧利仪表电缆有限公司
表面一体化温度变送器 0.05
SBWZ-4801
9
10
11
12
13
14
15
16
程控整流电源
显示器
乐普/LP30005
PHILIPS 245P2EB/245P2EB显示器
10
0.3
0.3
2.5
2.5
0.05
0.1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
合计
10
0.3
0.3
2.5
2.5
0.05
0.1
2
32.35
济南乐普电源科技有限公司
PHILIPS
北京普实鸿飞科技发展有限公司
自制
自制
自制
德州仪器
惠普
IGBT驱动板 SKHI10/12（R）
自制安装台
自制外壳
自制风扇
多路开关
示波器
TS3A5017
HP 54810A 500MHZ彩色数字存储示波器 1G采样
2024年1月17日发(作者：红乐英)
大功率电力电子器件性能测试设备
型号规格：非标
用 途：检测大功率电力电子器件的性能参数
一、 购置理由
1、电力电子器件及其性能测试
近年来, 电力电子技术发展迅速, 在工业、航空、军事等领域得到了广泛的应用。由于电力电子产品的体积和价格不断地下降, 而其性能和质量又不断地提高, 电力电子技术在各个领域得到广泛的应用。
电力电子器件是电力电子设备的心脏, 它在很大程度上决定了电力电子设备的性能和质量。迄今为止, 电力电子器件主要有晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、双极型功率晶体管（BJT）、功率MOS场效应管（MOSFET）、绝缘门极晶体管（IGBT）、整流管、大电容、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）和MOS控制晶闸管（MCT）。
随着电力电子技术的飞速发展,广大的研究和产品开发研制人员对电力电子器件参数的兴趣越来越浓厚。电力电子器件的参数主要分为静态参数和动态参数两大类, 静态参数主要有额定电压、额定电流、动态压降等；动态参数主要有开通速度、关断速度、电压临界上升率、电流临界上升率等，另外还有一些重要的参数, 如驱动要求、器件结构参数等。
新型大功率电力电子开关器件具有耐压高、电流大、开关频率高。动态压降小等优越性能，越来越多地被应用到各类大中功率电力变换装置中，成为现代电力电子技术的主导器件。其特性参数是衡量其性能的主要指标。大功率电力电子器件的特性参数具有测试项目多、量程变化大、参数之间相互关联、部分瞬态参数快速突变等特点，使得对参数的测试尤其是时间参数的测试变得十分困难。
2、测试设备用途
大功率电力电子器件性能参数决定了器件的应用场合和应用的条件, 所以电力电子器件参数的测定不仅对器件的研究和生产来说是十分重要的, 而且对电力电子产品的开发、研制和生产也是非常重要的。目前国内外对大功率电力电子参数的测试大部分靠人工，分步、分时进行，存在速度慢、精度低等缺点。因此研制大功率电力电子器件的参数自动测试系统，具有重要的意义。
二、技术要求
1、技术要求
1）IGBT参数说明：
数据采集速率：50MHz
集电极电流IC测量范围：0—1000A
集电极电压UCE测量范围：0—1000V
集电极—发射极饱和电压UCE(sat)测量范围：0—10V，分辨率0．01V，精度4-5％。
表面温度测量范围：0-150度
门极电压UGE测量范围：0—20V
开启电压UGE（th）:2—15V
栅极—发射极漏电流IGES：：100--1000nA，分辨100nA，精度±5%
栅极—发射极阈值电压：0-15V，分辨率O．1V，精度±5％；
集电极—发射极截止电流ICES：0.2-20mA；分辨率O．1mA；精度±3％
开通时间ton：0.3s
管段时间toff：0.4s
恢复时间trr：0.2s（max）
2) 整流管参数说明：
整流管正向电流：1000A
最大整流电流：1000A
最大反向击穿电流：1000A
最高反向电压：1600V
工作频率：小于100KHz
反向击穿电压：1600V
额定结温：150度
3）大电容：
电压：50V
最大容量：33000uF
耐高温：105度
2、设备描述
1）设备技术简介
目前,国内外市场上还没有比较通用的电力电子器件的性能测试仪器,特别是动态参数
的测试。我们拟采用先进的数字化波存技术,结合现代测试仪器的微机化、智能化的发展趋势,开发现代电力电子器件的参数测试仪。微型计算机技术的迅速发展,引起了仪器结构的根本性变革,即以微型计算机为主体代替传统仪器的常规电子线路,成为新一代的具有某种智能的灵活仪器。在测量仪器中引入微机,不仅可以解决传统仪器不能解决或不易解决的问题,而且能简化电路、增加功能、提高精度和可靠性、降低售价以及加快新产品的开发速度。这类仪器已能实现人脑的一部分功能,有的还可以进行自校准、自诊断,并具有自适应、自学习的能力。现代数字化波存技术,就是将模拟信号变换为数字信号存储起来并予以处理所涉及的技术。自 80 年代以来,现代数字化波存技术的发展极其迅速,在各个高科技领域得到了广泛的应用,它通常均采用现代微机系统的结构体系,基本上由信号波形数据采集部分与微机（智能）监控/处理部分,按多总线联接方式构成。
2）器件性能测试系统结构
图1 电力电子器件性能测试结构框图
在此，我们提出了大功率电力电子器件性能测试系统的结构图把计算机技术现代数字化波存技术、集散控制技术和电力电子技术结合起来，组成高智能化、高自动化的电力电子器件性能测试系统。该系统主要有测试主电路、高速数据采集卡、计算机测试、外围设备和计算机监控等五个子系统有机的联结组成，如图1所示。
这是一个集散系统，测试主电路通过改变拓扑来构成各种器件的各种参数的测试电路。测试计算机则是一个集现代计算机技术和现代数字化波存技术的系统 ,负责对测试主电路的控制、高速数据采集卡的控制、被测试量信号的调理、转换 、采集、处理 、显示和其它各种型式的输出 ,此外还提供方便友好的人机交互界面,供测试人员进行控制和对测试过程和结果进行监视,还可同监控计算机或外围设备进行数据通信；监控计算机主要任务是对整个系统的工作进行协调控制和监视,也提供测试人员的人机界面,但这是相比测试计算机更高层次的控制和监视；外围设备是测试系统另外所需的设备和装置,如打印机、显示器等。上述系统构成了电力电子器件的测试系统,但各个子系统的重要性是不一样的。高速数据采集卡和测试计算机这两个子系统是整个系统的关键部分,它们自身构成了计算机高速
数据采集系统,具有相当强的独立性。计算机高速数据采集系统相当于一专用的数字存储示波器,能实现数字存储示波器的一般功能,并有许多应用于器件测试的专用功能。它的显著特点是具有非常高的采样频率和强大的单次截取信号的能力。测试主电路、高速数据采集卡和测试计算机三个子系统,采用微机化仪器的结构联结起来,构成了一台典型的智能化微机仪器。它通过总线与系统连接,实现控制和通讯的功能。所以说,上述三个子系统已经构成了一台简单通用的电力电子器件的测试仪器,可以满足一般场合的需要。由于计算机高速数据采集系统具有相当强的独立性,它与测试主电路的连接是十分简单和规范的(如测试主电路和高速数据采集卡的模拟信号连接,采用规范的模拟示波器的信号输入通道。)所以使用者可以方便的更改测试主电路,或者使用自行设计的测试主电路,以实现特殊测试的需要。该计算机高速数据采集系统 ,甚至可以用作为电力电子产品研制开发的实验仪器,用来测试实际电路的工作状况和各种性能指标。
三、设备组成及选型
1、计算机高速数据采集系统的硬件结构
计算机高速数据采集系统由软件和硬件两大部分组成,其硬件结构主要包括主机、被测量输入通道（包括模拟量和开关量输入通道）、过程输出通道 、人机联系部件和接口电路以及串行或并行数据通讯口等。本系统采用个人计算机作为系统的核心部件,很好地解决了主机、人机联系和通讯等问题。我们所要解决的主要问题是被测模拟量的输入问题。模拟量输入通道一般 由滤波器 、多路模拟开关 、放大器 、采样保持器(S/H)和 A/D 转换器。
模拟量输入通道有单通道和多通道之分。在本系统中,必须采用多通道的模拟量输入结构,因为在电力电子器件的参数测试中,往往需要从多个电路信号的综合中才能测定某一参数的数值。多通道的结构通常又可以分为两种：
①每个通道有各自独立的放大器、采样保持器(S/H)和 转换器。这种形式通常用于高速数据采集系统,它允许各通道同时进行转换。
②多通道共享放大器、S/H和 A/D,这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统中。由多路模拟开关轮流采入各通道的模拟信号 ,经放大、保持和A/D 转换,送入主机。
2、系统软件
该系统的另一重要的组成部分是软件部分, 软件相对于硬件来说具有成本低 、易维护、易扩展、易操作、开发时间短等优点,而且软件可以很方便的实现硬件无法或很难实现的功能。一般的微机化仪器中都尽可能地用软件来实现所需的各种功能。
本系统的软件部分主要实现系统的复位；采集过程的控制；数据的交互、处理、显示、存储、转换、输出；结果的计算、显示、输出等功能。同时提供友好的人机界面,使得操作者可以方便、灵活、直观的操作和察看测试过程。我们用C++语言来开发本系统的软件部分,实现菜单驱动的集成工作环境,在集成工作环境中可以进行器件测试的各种操作。本软件系统开发,将非常重视其功能的扩展,各程序模块间分工合理,联结规范,可以很方便地进
行功能的修改和扩展。
四、系统的工作原理及过程
1、系统的工作原理
本系统应用于电力电子领域,由于电力电子器件工作于开关状态,其被测信号的高频分量非常丰富。所以要求采样的频率很高,以便能够很精确的反应波形的上升沿和下降沿,从而比较准确的测得器件的开通速度和关断速度等参数。
按照上述两种多通道模拟量输入通道的应用特点和本系统的要求来分析 ,似乎应采用每个通道都有独立A/D转换器的通道结构。
但是,考虑到电力电子器件测试的特殊性,同时为了减少硬件成本（ 高速数据采集卡价格十分昂贵,我们采用了第二种多通道共享 A/D的结构。这种结构和一般的多通道共享A/D转换器的结构又有所不同。在一般的应用于过程控制的微机化仪器仪表中,其模拟输入通道的工作过程一般是这样的：由循环计数器控制多路开关接通某一模拟输入信号,A/D转换器采下此时该信号的一个值,然后循环计数器计数,使多路模拟开关又接通下一个模拟输入信号,采下这时刻此下一个信号的值,如此逐点地循环,对各模拟量输入信号进行检测。我们的系统中不可能实现这种工作方式 。
图2 电力电子器件性能测试工作原理框图
在采样频率高达50MHZ的时候,多路模拟开关不可能在采样的间隙在各个模拟输入信号之间进行逐点切换 ,而且,这样的工作方式使得实际对每个输入信号的采样速率下降,牺
牲了A/D卡的速度,这在对采样速率要求很高的本系统中,是不行的。另外一方面,考虑到
电力电子器件测试的特殊性,我们也不需要实现上述的工作方式。电力电子器件测试的要求和一般的过程控制不同,它对信号的实时性没有严格的要求。过程控制的仪器和仪表必须实时的反应外部的模拟输入信号的变动,以便快速的进行显示和做出相应的控制反应。而本系统中只要采集包含有电力电子器件参数信息的信号就可以了,而无需实时地对各个模拟输入信号做出反应，工作原理如图2所示。
2、本系统的工作过程
计算机通过程序控制程控电源，逐步调节电压、电流大小，提供集电极—发射极（母线）电压;电源电压、电流接入被测元件及其负载电路，并通过电压变速器、电流变速器传入高速数据采集卡；表面温度传感器贴于被测元件表面，其输出电信号送入高速数据采集卡进行数据采集；数据采集卡完成实时的数据采样，并送往工控机进行数据处理；控制电路与计算机采用全双工通信，控制电路包含驱动电路以及测试电路，控制被测器件的测试环境以及设定参数，并对被测元件进行测试，测试单元主要包括栅极特性测试单元、截止电流测试单元、饱和电压测试单元、开关时间测试单元、恢复时间测试单元等.大部分测试参数通过信号调理电路后直接经采集卡传输到计算机。计算机完成测试系统的自检、各种参数测试、相关智能仪表的通信、故障诊断与报警、数据分析与处理、测试报告等，并通过显示器与打印机输出数据。
在电力电子器件的测试中,有些参数的测试是损坏性的,但多数参数的测试是无损的。如本系统中的开通速度、关断速度、开通损耗、关断损耗、反并联二极管的反向恢复电流等参数的测试都是非损坏性的,所以系统中的测试波形都是周期性可重复的。
基于上述理由我们以测试信号的周期为间隔（不是以采样周期为间隔）。在每个测试周期内,多路开关始终接通同一个模拟输入信号,A/D卡将该模拟量在此周期内的数据全部采集下来,直到下一测试周期才将多路开关切换到下一个模拟输入信号。这样的结构实现相当简单 ,硬件价格低；且完全满足了电力电子器件测试的要求；同时最大限度的发挥了高速数据采集卡的采样速率,没有因为通道的扩展而牺牲采集卡的实际采样速率，该工作的流程图如图3所示。
图3 模拟量的输入通道的工作流程框图
五、设备价格
序号 名称
1
2
3
4
5
6
7
8
工控机
打印机
串口通信卡
高数数据采集卡
电压变送器
控制电路
电流变送器
表面温度传感器
规格
研华IPC-610L
HP 5200Lx
UT-768，8口工业级RS-232PCI多串口卡
研华PCI-1716L 16位，采样频率250 ks/s
STM/SO1T_V25V6（电压传感器）
STM /SD1T_C4V6
单价（万元）
5
0.7
0.5
0.7
0.1
3
0.1
数量
1
1
1
1
4
1
2
4
合计（万元）
5
0.7
0.5
0.7
0.4
3
0.2
0.2
备注
台湾研华科技
惠普
深圳市宇泰科技有限公司
台湾研华科技
北京世特美测控技术有限公司
自制
北京世特美测控技术有限公司
天才市欧利仪表电缆有限公司
表面一体化温度变送器 0.05
SBWZ-4801
9
10
11
12
13
14
15
16
程控整流电源
显示器
乐普/LP30005
PHILIPS 245P2EB/245P2EB显示器
10
0.3
0.3
2.5
2.5
0.05
0.1
2
1
1
1
1
1
1
1
1
合计
10
0.3
0.3
2.5
2.5
0.05
0.1
2
32.35
济南乐普电源科技有限公司
PHILIPS
北京普实鸿飞科技发展有限公司
自制
自制
自制
德州仪器
惠普
IGBT驱动板 SKHI10/12（R）
自制安装台
自制外壳
自制风扇
多路开关
示波器
TS3A5017
HP 54810A 500MHZ彩色数字存储示波器 1G采样