硬件设计中的试验项目很多，严格讲来，对于产品中设计的各种电路都要进行功能性评价试验，如初始电流限制电路动作、风扇动作等附属电路的确认。对于产品中使用的各种元器件都需要进行品质评价试验，如电解电容的纹波电流及寿命推算、风扇的轴电压等等。
由于硬件电路设计中的最重要的部分是IGBT（IPM）周边电路设计和开关电源设计，因此本文将着重介绍这两方面的相关评价试验。
IGBT的设计要点包括选型、驱动电路设计、保护电路设计、散热设计。对于大容量的变频器设计，器件的并联应用设计也是一个很重要的内容。主要的评价试验包括：
 

（1）选型试验
一般来讲，IGBT的选型包括电压、电流和成本方面的考虑。但严格来讲，损耗也是选型阶段的一个考虑因素。分析损耗的方法基本有计算方法、软件仿真方法和实验方法三种。由于集电极-发射极饱和电压Vce（sat）和二极管正向电压VF分别是计算IGBT和反并联二极管损耗的重要参数。因此在模块选型和代换中，对这两项电压的评价试验也是很重要的。测试时需要注意饱和电压是只有数伏左右的低值，为了消除测量时示波器内部增幅器饱和的影响，可以用下图所示的外加电压钳制电路的方法。
              
                   图1  IGBT饱和电压的测量方法
为了安全测试特性需要注意上电顺序，此外为保证在规定的结温下，测定电压，必须使用低占空比的脉冲测试法。
交换损耗表示了从交换开始到交换动作完成回复稳定状态为止所发生的损耗。开关损耗与直流侧电压、集电极电流、门极电压及驱动电阻都有关系。因此，试验测量开关损耗时必须注意上述试验条件。开关损耗的波形包括电压和电流的波形，请使用示波器的图形面积计算功能进行，注意使用有效的滤波措施消除示波器对电流波形采集的失真。下图给出了IGBT开关损耗的实测波形。

       (a)  开通损耗                          (b)  关断损耗
     图2  IGBT开关损耗的实测波形（Vce：200V/div，Vge：10V/div，Ic：200A/div）
    （试验条件：直流侧电压600V、集电极电流600A、门极驱动电阻3.3Ω、驱动电压+15V及-10V）
（2）驱动电路评价试验
在门极驱动电路设计中，驱动电压、电流和功率的测量是重要的项目。下图给出了大容量变频器中的门极驱动电压瞬间波形。由于采用了正负双电源的供电模式，可以看出：导通时电压值为+15V左右，关断时电压值为-10V左右。

             （a） ON                          （b） OFF  
                           图3   门极电压实测波形
（3）保护电路评价试验
IGBT使用中最重要的一个方面是器件的电压和电流不能超过安全工作区：①在关断时，包括任何被要求的过载条件下，集电极峰值电流必须处在开关安全工作区的规定之内②在短路时，保护电路的动作时间不能超过短路耐量。相关的评价试验包括关断安全工作区确认试验和短路试验。下图给出了两种试验中的实测波形图。
   
         (a) 浪涌电压测试波形                     (b) 短路电流测试波形  
                      图4 安全工作区确认试验实测波形
测量时需要注意：①使用有充分频率的频带的探测器和示波器②事先调整示波器的灵敏度，调整探测器的频率修正③测量用探测器与元件的端子直接相连④注意CT的检测灵敏度和变流比。尤其在测量浪涌电压时电流的方向需要格外注意，因为不同的电流方向代表了浪涌电压来自于IGBT还是反并联二极管。
（4）散热性能评价试验
    IGBT使用中最重要的另一个方面是任何情况下，IGBT的工作结温必须始终保持在Tjmax以下。要达到这样的要求，需要进行精确的损耗计算，进而设计优良的散热系统。散热性能的评价主要是温度试验。当然温度试验并不完全是为IGBT而准备的，变频器中其他元器件同样需要进行温度试验，包括电解电容、变压器、接触器及驱动电路上的主要器件等等。
温度试验首先要确定器件的温度测量点，然后要模拟各种过载条件，以保证在最恶劣的情况下器件的结温不超过最大值。
 

5）器件并联评价试验
   IGBT并联使用时，需要用测量变流器来检测通过各个器件的电流，以确认导通状态下电流是否均衡。                   
开关电源的设计是变频器硬件电路设计中的另一个重要方面。开关电源的设计完成之后的评价试验很多。这里仅介绍其中较重要的试验项目。包括开关电源的动作确认试验、开关电源的器件特性确认、高低温启动测定试验、电解电容纹波电流确认试验、开关电源容量确认试验。作为变频器中使用的开关电源，主要提供的电源有：控制回路用5V电源、检测用传感器用电源、继电器电源，风扇用电源以及驱动用电源。
(1)开关电源的动作确认试验
主要是指开关电源的各路输出电压的变动范围是否在设计的容许误差之内，这里包括静态和动态两方面。静态是变频器主电源供电稳定的状态，又包括轻载和重载两种负载状态。动态主要测量变频器主电源供电初始状态下各路电源的输出尖峰脉动，如下图所示。

图5  开关电源24V瞬间起动实测波形
(2)高低温启动试验  开关电源的设计必须保证在变频器指定的工作温度下正常起振、工作。该试验是检验在高、低温时开关电源的工作性能，试验波形如下图（MOSFET管D-S间电压）。

            （a）正常起振波形                        （b）起振失败波形
                    图6   -15℃时开关电源的起振波形
(3)元件的品质确认试验   是指在最严酷的过载条件下，确认各个主要的元器件，如MOSFET、二极管等的工作电压电流有没有超出器件的最大工作范围。
(4)纹波电流确认试验   是确认多路开关电源设计中所使用的滤波电解电容的纹波电流是否符合设计要求。
(5)其他试验
   作为高品质的开关电源设计，还需要进行输入ON/OFF试验、异常状态启动试验、负载短路试验、输入电压和负载电流的急变试验、反馈电路安全动作确认、各电路温升试验及破坏试验等。