一种IGBT阈值电压测试电路的制作方法

本实用新型实施例涉及电子电力技术领域，尤其涉及一种igbt阈值电压测试电路。

背景技术：

绝缘栅双极型晶体管(insulatedgatebipolartransistor，igbt)作为电能变换器件，是交流传动和谐型机车和高速动车组上重要的电气部件之一。

igbt工作异常将直接影响铁路行车的安全性，而igbt的栅极-发射极阈值电压是判断igbt是否正常工作的指标之一。目前，现有栅极-发射极阈值电压的测试方法中，通常对被测试的igbt的集电极和发射极施加规定的电压，其栅极和发射极之间的电压从零开始线性增加，当集电极和发射极导通时，栅极与发射极之间的电压即为栅极-发射极阈值电压。但由于栅极-发射极阈值电压为一瞬时值，根据上述测试方法，采用人工测试栅极-发射极阈值电压往往不够精确且操作不便。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种igbt阈值电压测试电路，以实现igbt栅极-发射极阈值电压的精准检测。

本实用新型实施例提供了一种igbt阈值电压测试电路，该igbt阈值电压测试电路包括控制模块、充电模块、导通状态检测模块、采样控制模块和采样保持模块；

控制模块的第一输出端与待测igbt的第一极电连接，用于在启动测试时为待测igbt的第一极供电，其中，待测igbt的第二极接地；

控制模块的第二输出端与充电模块电连接，用于在启动测试时为充电模块充电；

控制模块的第三输出端与导通状态检测模块的第一输入端电连接，用于为导通状态检测模块提供参考电压；

充电模块与待测igbt的控制端电连接，用于为待测igbt的控制端供电；

导通状态检测模块的第二输入端与待测igbt的第一极电连接，输出端与采样控制模块的输入端电连接，用于根据参考电压与待测igbt的第一极的电压，输出导通状态检测信号；

采样控制模块的输出端与采样保持模块的采样端电连接，用于根据导通状态检测信号，在确定待测igbt导通时，输出采样保持控制信号；

采样保持模块的输入端与待测igbt的控制端电连接，用于在接收到采样保持控制信号时，采用并保持待测igbt的控制端的电压。

可选地，控制模块包括第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；

第一控制单元的输出端作为控制模块的第一输出端，第二控制单元的输出端作为控制模块的第二输出端，第三控制单元的输出端作为控制模块的第三输出端。

可选地，第一控制单元包括第一电源、第二电源、第一开关、锁定比较器、反相器和第一电阻；

第一电源与第一开关的第一极电连接，第一开关的第二极与第一电阻的第一端电连接，第一电阻的第二端与待测igbt的第一极电连接；

第二电源与锁定比较器的第一输入端电连接，在启动测试时锁定比较器在第二电源下输出低电平或高电平；

锁定比较器的输出端与反相器的输入端电连接，反相器的输出端与第一开关的控制端电连接，用于在启动测试时控制第一开关导通。

可选地，第二控制单元包括第二电源、锁定比较器、反相器、第二开关、分压电路、第一比较器、第三开关和第三电源；

反相器的输出端与第二开关的控制端电连接，用于在启动测试时控制第二开关导通；

第二开关串接至分压电路；

分压电路的第一分压输出端与第一比较器的第一输入端电连接，分压电路的第二分压输出端与第一比较器的第二输入端电连接；

第一比较器的输出端与第三开关的控制端电连接，用于在启动测试时控制第三开关导通；

第三电源与第三开关的第一极电连接，第三开关的第二极与充电模块电连接。

可选地，第三控制单元包括第四电源，第四电源与导通状态检测模块的第一输入端电连接。

可选地，导通状态检测模块包括第二比较器；

第二比较器的第一输入端与控制模块的第三输出端连接，第二比较器的第二输入端与待测igbt的第一极电连接，第二比较器的输出端与采样控制模块输入端电连接。

可选地，采样控制模块包括5ms单稳态触发器和20ms单稳态触发器；

5ms单稳态触发器的输入端与第二比较器的输出端连接，5ms单稳态出发器的输出端与20ms单稳态触发器的输入端连接，20ms单稳态触发器的输出端与采样保持模块的采样端电连接。

可选地，20ms单稳态触发器的输出端与锁定比较器的第二输入端电连接，用于翻转锁定比较器的输出电平。

可选地，还包括可读数指示灯，可读数指示灯的输入端与锁定比较器的输出端电连接。

可选地，还包括10ms单稳态触发器、第一1s单稳态触发器和数字仪表，数字仪表具有锁定功能，数字仪表的输入端与采样保持模块的输出端电连接，用于显示采集的待测igbt的控制端的电压，10ms单稳态触发器的输入端与20ms单稳态触发器的输出端电连接，10ms单稳态触发器的输出端与第一1ms单稳态触发器的输入端电连接，第一1s单稳态触发器的输出端与数字仪表的复位保持端电连接，用于锁定数字仪表显示的数值。

可选地，还包括第二1s单稳态触发器、第四开关和第二电阻，第二1s单稳态触发器的输入端与第一1s单稳态触发器的输出端电连接，第二1s单稳态触发器的输出端与第四开关的控制端电连接，第二电阻的第一端与充电模块的第一端及第三开关的第二极电连接，第二电阻的第二端与第四开关的第一极电连接，第四开关的第二极和充电模块的第二端接地。

可选地，还包括测试按钮，用于启动igbt阈值电压测试电路；

测试按钮包括第一常开触点、第二常开触点和常闭触点；

反相器的输出端通过第一常开触点与所述第一开关的控制端电连接，第二电源通过第二常开触点与锁定比较器的第一输入端电连接，第二电阻的第二端通过常闭触点接地。

本实用新型实施例提供的igbt阈值电压测试电路包括控制模块、充电模块、导通状态检测模块、采样控制模块和采样保持模块。对该igbt阈值电压测试电路上电后，控制模块通过三个输出端分别向待测igbt的第一极提供规定的电压、控制端提供线性增加的电压以及向导通状态检测模块提供参考电压；随着待测igbt的控制端的电压上升，导通状态检测模块检测到待测igbt的第一极与第二极之间导通时，输出导通状态检测信号至采样控制模块；采样控制模块在确定待检测igbt导通瞬间，输出采样保持控制信号至采样保持模块；采样保持模块根据输出采样保持控制信号采用并保持此时待测igbt的控制端的电压，该采用并保持的电压即待测igbt的阈值电压，以此实现了对待测igbt导通时的阈值电压的精准检测。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图2是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图3是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图4是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图5是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图6是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图7是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图8是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图；

图9是本实用新型实施例提供另一种igbt阈值电压测试电路电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。

图1是本实用新型实施例提供一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图1所示，该igbt阈值电压测试电路包括控制模块100、充电模块200、导通状态检测模块300、采样控制模块400和采样保持模块500；

控制模块100的第一输出端a与待测igbt的第一极c电连接，用于在启动测试时为待测igbt的第一极c供电，其中，待测igbt的第二极e接地；

控制模块100的第二输出端b与充电模块200电连接，用于在启动测试时为充电模块200充电；

控制模块100的第三输出端d与导通状态检测模块300的第一输入端电连接，用于为导通状态检测模块300提供参考电压；

充电模块200与待测igbt的控制端g电连接，用于为待测igbt的控制端g供电；

导通状态检测模块300的第二输入端与待测igbt的第一极c电连接，输出端与采样控制模块400的输入端电连接，用于根据参考电压与待测igbt的第一极c的电压，输出导通状态检测信号；

采样控制模块400的输出端与采样保持模块500的采样端电连接，用于根据导通状态检测信号，在确定待测igbt导通时，输出采样保持控制信号；

采样保持模块500的输入端与待测igbt的控制端g电连接，用于在接收到采样保持控制信号时，采用并保持待测igbt的控制端g的电压。

具体地，对igbt阈值电压测试电路上电后，控制模块100通过其第一输出端a为待测igbt的第一极c供电，通过其第二输出端b为充电模块200充电，以及通过第三输出端d为导通状态检测模块300提供参考电压。充电模块200的电压开始上升，充电模块200将该上升的电压同时输入至待测igbt的控制端g和采样保持模块500的输入端。随着待测igbt的控制端g的电压上升，导通状态检测模块300根据参考电压与待测igbt的第一极c的电压检测到待测igbt导通，即检测到待测igbt的第一极c与第二极e之间导通，则输出导通状态检测信号。采样控制模块400根据导通状态检测信号，在确定待测igbt导通瞬间，输出采样保持控制信号。采样保持模块500接收到采样保持控制信号，则采用并保持待测igbt的控制端g的电压，该采用并保持的电压为待测igbt导通瞬间待测igbt的控制端g与第二极e之间的电压，即待测igbt的阈值电压，以此实现了对待测igbt导通时的阈值电压的精准检测。

本实用新型实施例提供的igbt阈值电压测试电路包括控制模块、充电模块、导通状态检测模块、采样控制模块和采样保持模块，对该igbt阈值电压测试电路上电后，控制模块通过三个输出端分别向待测igbt的第一极提供规定的电压、控制端提供线性增加的电压以及向导通状态检测模块提供参考电压；随着待测igbt的控制端的电压上升，导通状态检测模块检测到待测igbt的第一极与第二极之间导通时，输出导通状态检测信号至采样控制模块；采样控制模块在确定待检测igbt导通瞬间，输出采样保持控制信号至采样保持模块；采样保持模块根据输出采样保持控制信号采用并保持此时待测igbt的控制端的电压，该采用并保持的电压即待测igbt的阈值电压，以此实现了对待测igbt导通时的阈值电压的精准检测。本实用新型实施例提供的igbt阈值电压测试电路实际在对igbt的阈值电压进行精准检测的过程中，待测igbt的第一极可为igbt的集电极，待测igbt的第二极可为igbt的发射极，待测igbt的控制端可为igbt的栅极，则所检测的igbt导通时，其栅极-发射极的电压即为igbt的阈值电压，此外，本实用新型实施例提供的igbt阈值电压测试电路也适用于对晶闸管的阈值电压的精准检测。

可选地，图2为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图2所示，控制模块100包括第一控制单元110、第二控制单元120和第三控制单元130；

第一控制单元110的输出端作为控制模块100的第一输出端a，第二控制单元120的输出端作为控制模块100的第二输出端b，第三控制单元130的输出端作为控制模块100的第三输出端d。

具体地，控制模块100可划分为第一控制单元110、第二控制单元120和第三控制单元130。对igbt阈值电压测试电路上电后，可分别通过第一控制单元110向待测igbt的第一极c提供规定的电压、第二控制单元120向待测igbt的控制端g提供线性增加的电压以及第三控制单元130向导通状态检测模块300提供参考电压。

可选地，图3为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图3所示，第一控制单元110包括第一电源v1、第二电源v2、第一开关111、锁定比较器112、反相器113和第一电阻r1；

第一电源v1与第一开关111的第一极g电连接，第一开关111的第二极h与第一电阻r1的第一端电连接，第一电阻r1的第二端与待测igbt的第一极c电连接；

第二电源v2与锁定比较器112的第一输入端t电连接，在启动测试时锁定比较器112在第二电源v2下输出低电平或高电平；

锁定比较器112的输出端与反相器113的输入端电连接，反相器113的输出端与第一开关111的控制端i电连接，用于在启动测试时控制第一开关111导通。

具体地，通过第一控制单元110向待测igbt的第一极c提供规定的电压可以是，在igbt阈值电压测试电路上电后，锁定比较器112经第二电源v2供电并输出低电平至反相器113，第二电源v2可选择大小为15伏的电源，反相器113将该低电平翻转为高电平以导通第一开关111，第一开关111可为场效应管；第一开关111导通后，第一电源v1通过第一电阻r1向待测igbt的第一极c供电，第一电源v1可选择大小为12伏的电源，相应的第一电阻r1的大小可设置为10欧姆。

可选地，图4为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图4所示，第二控制单元120包括第二电源v2、锁定比较器112、反相器113、第二开关211、分压电路212、第一比较器213、第三开关214和第三电源v3；

反相器113的输出端与第二开关211的控制端电连接，用于在启动测试时控制第二开关211导通；

第二开关211串接至分压电路212；

分压电路212的第一分压输出端与第一比较器213的第一输入端k电连接，分压电路的第二分压输出端与第一比较器213的第二输入端m电连接；

第一比较器213的输出端n与第三开关214的控制端电连接，用于在启动测试时控制第三开关214导通；

第三电源v3与第三开关214的第一极q电连接，第三开关214的第二极s与充电模块200电连接。

具体地，通过第二控制单元120向充电模块200供电，以向待测igbt的控制端g提供线性增加的电压，反相器113将低电平翻转为高电平以导通第一开关111的同时，还导通串接于分压电路212中的第二开关211。如图4所示，分压电路212可包括多个分压电阻，第二开关211可为电子开关，其中，可接入第二电源v2为分压电路供电。第二开关211导通后，分压电路212分别通过两个分压输出端向第一比较器213的第一输入端k和第二输入端m提供导通第三开关214的电压，第三开关214可为pnp型三极管，pnp型三极管的发射极作为第三开关214的第一极q，pnp型三极管的集电极作为第三开关214的第二极s，pnp型三极管的基极作为第三开关214的控制端。即反相器113将低电平翻转为高电平并导通第二开关211时，第一比较器213输出低电平，第三开关214导通，第三开关214导通后，第三电源v3向充电模块200充电，或者在第三电源v3与充电模块200之间设置分压电阻，第三开关214导通后，第三电源v3通过分压电阻向充电模块200充电，其中，充电模块200可包括电容和与电容并联电连接的电阻，第三电源v3可选择大小为20伏的电源时，相应的待测igbt的阈值电压的可检测范围为0～20伏。

可选地，参考图4，第三控制单元130包括第四电源v4，第四电源v4与导通状态检测模块300的第一输入端电连接。

具体地，通过第三控制单元130向导通状态检测模块300提供参考电压可以是，第三控制单元130包括第四电源v4，第三控制单元130通过第四电源v4直接向导通状态检测模块300提供参考电压，或者在第四电源v4与导通状态检测模块300的第一输入端之间设置多个分压电阻，第四电源v4通过多个分压电阻向导通状态检测模块300提供参考电压，第四电源v4可选择大小为15伏的电源。

可选地，图5为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图5所示，导通状态检测模块300包括第二比较器311；

第二比较器311的第一输入端与控制模块100的第三输出端d连接，第二比较器311的第二输入端与待测igbt的第一极c电连接，第二比较器311的输出端与采样控制模块400的输入端电连接。

具体地，导通状态检测模块300根据参考电压与待测igbt的第一极c的电压检测到，待测igbt导通时，输出导通状态检测信号可以是，第四电源v4通过第二比较器311的第一输入端向第二比较器311提供参考电压，第二比较器311根据参考电压与待测igbt的第一极c的电压检测到待测igbt导通时，第二比较器311由输出高电平变为输出低电平，采样控制模块400根据输出的该低电平信号确定待测igbt的导通状态。

可选地，图6为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图6所示，采样控制模块400包括5ms单稳态触发器411和20ms单稳态触发器412；

5ms单稳态触发器411的输入端与第二比较器311的输出端连接，5ms单稳态触发器411的输出端与20ms单稳态触发器412的输入端连接，20ms单稳态触发器412的输出端与采样保持模块500的采样端电连接。

具体地，采样控制模块400根据导通状态检测信号，在确定待测igbt导通时，输出采样保持控制信号，待测igbt导通瞬间，第二比较器311由输出高电平变为输出低电平，该低电平信号触发5ms单稳态触发器411，5ms单稳态触发器411下降沿触发20ms单稳态触发器412产生20ms脉冲，该20ms脉冲信号输出至采样保持模块500的采样端，采样保持模块500在接收到该20ms脉冲信号时，采用并保持待测igbt的控制端g的电压，采样保持模块可包括采样保持器。

可选地，参考图6，20ms单稳态触发器412的输出端与锁定比较器112的第二输入端w电连接，用于翻转锁定比较器112的输出电平。

具体地，20ms脉冲信号输出至采样保持模块500的采样端的同时，还输出至锁定比较器112，使锁定比较器112输出高电平至反相器113，从而反相器113输出低电平，第二开关211截止，第二控制单元120停止向充电模块200充电。

可选地，参考图6，igbt阈值电压测试电路还包括可读数指示灯600，可读数指示灯600的输入端与锁定比较器112的输出端电连接。

具体地，待测igbt导通前，采样保持模块500未采用并保持待测igbt的阈值电压，锁定比较器112输出低电平，可读数指示灯600灭；待测igbt导通后，采样保持模块500采用并保持待测igbt的阈值电压，锁定比较器112输出高电平，读数指示灯600灯亮。据此，可以根据读数指示灯600的熄灭与点亮直观地判断待测igbt的导通情况以及待测igbt阈值电压采集完成情况。

可选地，图7为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图7所示，igbt阈值电压测试电路还包括10ms单稳态触发器711、第一1s单稳态触发器712和数字仪表713，数字仪表713具有锁定功能，数字仪表713的输入端与采样保持模块500的输出端电连接，用于显示采集的待测igbt的控制端g的电压，10ms单稳态触发器711的输入端与20ms单稳态触发器412的输出端电连接，10ms单稳态触发器711的输出端与第一1s单稳态触发器712的输入端电连接，第一1s单稳态触发器712的输出端与数字仪表713的复位保持端电连接，用于锁定数字仪表713显示的数值。

具体地，采样保持模块500采用并保持待测igbt的控制端g的电压时，20ms单稳态触发器412输出的20ms脉冲信号的下降沿依次经过10ms单稳态触发器711与第一1s单稳态触发器712后产生1s脉冲，此1s脉冲输入到数字仪表713的复位保持端，仪表复位保持端高电平复位低电平保持，数字仪表713显示并保持的数值为采样保持模块500采用并保持的待测igbt的控制端g的电压值，即为igbt的阈值电压值。

可选地，图8为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图8所示，igbt阈值电压测试电路还包括第二1s单稳态触发器811、第四开关812和第二电阻r2，第二1s单稳态触发器811的输入端与第一1s单稳态触发器712的输出端电连接，第二1s单稳态触发器811的输出端与第四开关812的控制端电连接，第二电阻r2的第一端与充电模块200的第一端及第三开关214的第二极s电连接，第二电阻r2的第二端与第四开关812的第一极电连接，第四开关812的第二极和充电模块200的第二端接地。

具体地，第一1s单稳态触发器产生的1s脉冲的下降沿经过第二1s单稳态触发器2后产生1s脉冲，并输入到第四开关812的控制端，第四开关812可为npn型igbt，npn型igbt的集电极作为第四开关812的第一极，npn型igbt的发射极作为第四开关812的第二极，npn型igbt的基极作为第四开关812的控制端，此时第二电阻r2与第四开关812组成一放电电路，用于对充电模块200进行放电，以为待测igbt阈值电压的下一次测试做好准备。

可选地，图9为本实用新型实施例提供的另一种igbt阈值电压测试电路电路图，如图9所示，igbt阈值电压测试电路还包括测试按钮，用于启动igbt阈值电压测试电路；

测试按钮包括第一常开触点911、第二常开触点912和常闭触点913；

反相器113的输出端通过第一常开触点911与所述第一开关111的控制端i电连接，第二电源v2通过第二常开触点912与锁定比较器112的第一输入端t电连接，第二电阻r2的第二端通过常闭触点913接地。

具体地，可通过测试按钮启动或复位igbt阈值电压测试电路，测试按钮可为自锁开关。对igbt阈值电压测试电路上电后，初始偏置电压的作用，锁定比较器112输出低电平，反相器113输出高电平，按下测试按钮，反相器113输出的高电平使得第一开关111和第二开关211导通，测试完成时，锁定比较器112输出高电平，反相器113输出低电平，第二电阻r2与第四开关812组成的放电电路对充电模块200进行放电后，再次按下测试按钮以复位igbt阈值电压测试电路，在复位的过程中，第二电阻r2与测试按钮的常闭触点913组成又一放电电路，以继续对充电模块200进行放电，确保将充电模块200放电至0伏，以更好地以为待测igbt阈值电压的下一次测试做好准备。

本实用新型实施例提供的igbt阈值电压测试电路包括控制模块、充电模块、导通状态检测模块、采样控制模块和采样保持模块。控制模块可包括第一控制单元、第二控制单元和第三控制单元；第一控制单元可包括锁定比较器、反相器、第一开关、第一电源和第一电阻；第二控制单元可包括锁定比较器、反相器、第二开关、分压电路、第一比较器、第三开关和第三电源；第三控制单元包括可第四电源。导通状态检测模块可包括第二比较器。采样控制模块可包括5ms单稳态触发器和20ms单稳态触发器。igbt阈值电压测试电路还可包括可读数指示灯、10ms单稳态触发器、第一1s单稳态触发器、第二1s单稳态触发器、数字仪表、第二电阻、第四开关和测试按钮。其中，充电模块可包括电容及电阻，采样保持模块可包括采样保持器。

对igbt阈值电压测试电路上电后，由于偏置电压的作用，锁定比较器输出低电平，可读数指示灯灭，反相器输出高电平，按下测试按钮，反相器输出的高电平使得第一开关和第二开关导通，第一开关和第二开关导通后，第一电源通过第一电阻为待测igbt的第一极提供电压，分压电路通过第一比较器使得第三开关导通，第三开关导通后，第三电源为充电模块充电以使充电模块为待测igbt的控制端提供线性增加的电压，随着待测igbt的控制端的电压逐渐上升，待测igbt的第一极与第二极之间导通瞬间，第二比较器由输出高电平变为输出低电平，下跳沿触发5ms单稳态触发器，5ms单稳态触发器下降沿触发20ms单稳态触发器产生20ms脉冲，该20ms脉冲输入至采样保持模块的采样端，使得采样保持模块采用并保持待测igbt的控制端的电压，该采用并保持待测igbt的控制端的电压为待测igbt的控制端与第二极之间的电压，即为待测igbt的阈值电压，同时该20ms脉冲使锁定比较器输出并保持为高电平，可读数指示灯亮，反相器输出低电平，第一开关和第二开关截止，停止对充电模块的充电。且20ms脉冲的下降沿经过第一1s单稳态触发器后产生1s脉冲，此1s脉冲输入到数字仪表的复位保持端，数字仪表显示并保持的数值为采样保持模块采用并保持待测igbt的控制端的电压值，即为即为待测igbt的阈值电压值，第一1s单稳态触发器产生1s脉冲的下降沿经过第二1s单稳态触发器后产生1s脉冲，输入到第四开关的控制端，充电模块经第二电阻与第四开关为自身进行放电，以为igbt阈值电压的下一次测试作好准备，再次按下测试按钮以复位igbt阈值电压测试电路，在复位的过程中，第二电阻与测试按钮的常闭触点继续对充电模块进行放电，确保将充电模块放电至0伏，以更好地以为待测igbt阈值电压的下一次测试做好准备。

注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。