CN103048602B - 一种大功率半导体器件开通特性试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种大功率半导体器件开通特性试验装置，包括恒流源单元、试验主电路单元、加热回路单元和保护回路单元；恒流源单元输出直流电流对可调电容器C进行充电，可调电容器C充电到试验电压，其放电与可调电抗器L谐振产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通试验，加热回路单元对大功率半导体器件加热到试验结温，保护回路单元防止试验对大功率半导体器件损坏。本发明可以对被试大功率半导体器件在不同条件下进行开通试验，该装置拓扑结构简单实用，功能全面，能够满足各种条件下器件开通特性测试要求，同时充分考虑了故障情况下装置与被试器件的保护措施，可靠性高。

Description

一种大功率半导体器件开通特性试验装置

技术领域

本发明属于电力电子技术领域，具体涉及一种大功率半导体器件开通特性试验装置。

背景技术

自从50年代，硅晶闸管问世以后，50多年来，功率半导体器件的研究工作者为达到理想化的目标做出了不懈的努力，并以取得了使世人瞩目的成就。60年代后期，可关断晶闸管GTO实现了门极可关断功能，并使斩波工作频率扩展到1KHZ以上。70年代中期，大功率晶体管和功率MOSFET问世，功率器件实现了场控功能，打开了高频应用的大门。80年代，绝缘栅双极晶体管（IGBT）问世，它综合了功率MOSFET和双极型功率晶体管两者的功能。因此，当前功率器件研究工作的重点主要集中在研究现有功率器件的集成性能，MOS门控晶体管的改进，以及采用新型半导体材料制造新型的功率器件等。

大功率半导体器件广泛应用于电力、冶金、装备制造、交通运输、国防等行业，尤其是在高压直流输电、脉冲电源、高铁等前沿技术领域优势明显。由于大功率半导体器件通常在要求苛刻的工作条件下使用，任何器件的损坏都将造成安全隐患与经济损失，为了保障器件的安全可靠工作，需要对所用器件各方面的性能指标和参数进行测试，详细了解器件特性，判断能否满足实际工况的需要。而作为大功率半导体器件特性参数性能测试的关键装置—开通特性试验装置急待研制。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种大功率半导体器件开通特性试验装置，可以对被试大功率半导体器件在不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值及di/dt条件下进行开通测试，实现对被试大功率半导体器件各种工作条件下开通特性的试验考核。该装置拓扑结构简单实用，功能全面，能够满足各种条件下器件开通特性测试要求，同时充分考虑了故障情况下装置与被试器件的保护措施，可靠性高。

为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：

提供一种大功率半导体器件开通特性试验装置，所述装置包括恒流源单元、试验主电路单元、加热回路单元和保护回路单元；所述试验主电路单元包括可调电容器C、阻尼电阻R与二极管D1串联而成的R-D1支路和可调电抗器L；所述恒流源单元输出直流电流对可调电容器C进行充电，所述可调电容器C充电到试验电压，其放电与可调电抗器L谐振产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通特性试验；所述加热回路单元对大功率半导体器件加热到试验结温；所述保护回路单元防止试验对大功率半导体器件损坏。

所述大功率半导体器件包括晶闸管和IGBT。

所述不同工作条件包括不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值及di/dt。

所述恒流源单元包括可变频高压恒流源G和IGBT串联结构，其中可变频高压恒流源G输出幅值固定且频率可调的直流电流，将可调电容器C充电至试验电压；所述IGBT串联结构则根据试验频率周期性导通或关断，使得每次开通试验周期内断开可变频高压恒流源G与可调电容器C之间的电气连接，从而避免可变频高压恒流源G对大功率半导体器件开通特性试验的影响。

所述试验主电路单元的可调电容器C通过可变频高压恒流源G充电，所述可调电容器C放电与可调电抗器L振荡产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通试验；所述R-D1串联支路为可调电容器C振荡出现的反压提供反向电流通路，并通过阻尼电阻R消耗可调电容器C上的能量，使得大功率半导体器件在每次开通试验周期内自然关断。

所述加热回路单元包括直流电压源E、绝缘导热板和电阻r；所述直流电压源E通过电阻r将大功率半导体器件加热到试验结温，并采用所述绝缘导热板与大功率半导体器件两端相连，从而电气隔离试验主电路单元和加热回路单元。

所述保护回路单元包括二极管D2、阻尼电阻Rd和阻尼电容Cd；其中阻尼电阻Rd与阻尼电容Cd串联构成Rd-Cd串联支路，根据大功率半导体器件试验要求是否接入大功率半导体器件两端；二极管D2反向并联在大功率半导体器件的两端，防止故障状况下大功率半导体器件两端出现反向过电压而损坏大功率半导体器件。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、可以对被试大功率半导体器件在不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值及di/dt条件下进行开通测试，实现对被试大功率半导体器件各种工作条件下开通特性的试验考核。

2、该装置拓扑结构简单实用，功能全面，能够满足各种条件下器件开通特性测试要求，同时充分考虑了故障情况下装置与被试器件的保护措施，可靠性高；

3、可变频高压恒流源提供幅值固定频率可调的充电电流对可调电容器C周期性充电，当被试器件开通时通过可调电容器C的放电实现一次开通测试，并通过试验装置各个部分的合理配合满足各种工作条件测试要求，整个装置拓扑结构简单实用；

4、IGBT串联结构保证每次开通试验周期内断开可变频高压恒流源与可调电容器C之间的电气连接，从而避免了可变频高压恒流源对器件开通特性测试的影响，提高了试验精度；

5、二极管D1与电阻R串联支路提供可调电容器C振荡出现的反向电流通路，并通过电阻R阻尼消耗可调电容器C上的能量，使得被试器件在每次开通试验周期内自然关断，不仅去掉了其关断信号电路，简化了试验装置，并且排除了强制关断对器件性能可能带来的影响因素，提高了试验精度。

附图说明

图1是本发明实施例中大功率半导体器件开通特性试验装置拓扑结构图；

图2是大功率半导体器件开通特性试验装置对晶闸管进行开通测试时的试验电压波形图；

图3是大功率半导体器件开通特性试验装置对晶闸管进行开通测试时的试验电流波形图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-图3，本发明提供一种大功率半导体器件开通特性试验装置，所述装置包括恒流源单元、试验主电路单元、加热回路单元和保护回路单元；所述试验主电路单元包括可调电容器C、阻尼电阻R与二极管D1串联而成的R-D1支路和可调电抗器L；所述恒流源单元输出直流电流对可调电容器C进行充电，所述可调电容器C充电到试验电压，其放电与可调电抗器L谐振产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通试验；所述加热回路单元对大功率半导体器件加热到试验结温；所述保护回路单元防止试验对大功率半导体器件损坏。

所述大功率半导体器件包括晶闸管和IGBT。

所述不同工作条件包括不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值及di/dt。

所述恒流源单元包括可变频高压恒流源G和IGBT串联结构，其中可变频高压恒流源G输出幅值固定且频率可调的直流电流，将可调电容器C充电至试验电压；所述IGBT串联结构则根据试验频率周期性导通或关断，使得每次开通试验周期内断开可变频高压恒流源G与可调电容器C之间的电气连接，从而避免可变频高压恒流源G对大功率半导体器件开通特性试验的影响。

所述试验主电路单元的可调电容器C通过可变频高压恒流源G充电，所述可调电容器C放电与可调电抗器L振荡产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通试验；所述R-D1串联支路为可调电容器C振荡出现的反压提供反向电流通路，并通过阻尼电阻R消耗可调电容器C上的能量，使得大功率半导体器件在每次开通试验周期内自然关断。

所述加热回路单元包括直流电压源E、绝缘导热板和电阻r；所述直流电压源E通过电阻r将大功率半导体器件加热到试验结温，并采用所述绝缘导热板与大功率半导体器件两端相连，从而电气隔离试验主电路单元和加热回路单元。

所述保护回路单元包括二极管D2、阻尼电阻Rd和阻尼电容Cd；其中阻尼电阻Rd与阻尼电容Cd串联构成Rd-Cd串联支路，根据大功率半导体器件试验要求是否接入大功率半导体器件两端；二极管D2反向并联在大功率半导体器件的两端，防止故障状况下大功率半导体器件两端出现反向过电压而损坏大功率半导体器件。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种大功率半导体器件开通特性试验装置，其特征在于：所述装置包括恒流源单元、试验主电路单元、加热回路单元和保护回路单元；所述试验主电路单元包括可调电容器C、阻尼电阻R与二极管D1串联而成的R-D1支路和可调电抗器L；所述恒流源单元输出直流电流对可调电容器C进行充电，所述可调电容器C充电到试验电压，其放电与可调电抗器L谐振产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通特性试验；所述加热回路单元对大功率半导体器件加热到试验结温；保护回路单元防止试验对大功率半导体器件损坏；

所述恒流源单元包括可变频高压恒流源G和IGBT串联结构，其中可变频高压恒流源G输出幅值固定且频率可调的直流电流，将可调电容器C充电至试验电压；所述IGBT串联结构则根据试验频率周期性导通或关断，使得每次开通试验周期内断开可变频高压恒流源G与可调电容器C之间的电气连接，从而避免可变频高压恒流源G对大功率半导体器件开通特性试验的影响；

所述大功率半导体器件包括晶闸管和IGBT；

所述不同工作条件包括不同电压、不同频率、不同触发信号、不同结温、不同电流峰值及di/dt；

所述试验主电路单元的可调电容器C通过可变频高压恒流源G充电，所述可调电容器C放电与可调电抗器L振荡产生试验电流，实现大功率半导体器件在不同工作条件下的开通试验；所述R-D1支路为可调电容器C振荡出现的反压提供反向电流通路，并通过阻尼电阻R消耗可调电容器C上的能量，使得大功率半导体器件在每次开通试验周期内自然关断；

所述加热回路单元包括直流电压源E、绝缘导热板和电阻r；所述直流电压源E通过电阻r将大功率半导体器件加热到试验结温，并采用所述绝缘导热板与大功率半导体器件两端相连，从而电气隔离试验主电路单元和加热回路单元；

所述保护回路单元包括二极管D2、阻尼电阻Rd和阻尼电容Cd；其中阻尼电阻Rd与阻尼电容Cd串联构成Rd-Cd串联支路，根据大功率半导体器件试验要求是否接入大功率半导体器件两端；二极管D2反向并联在大功率半导体器件的两端，防止故障状况下大功率半导体器件两端出现反向过电压而损坏大功率半导体器件。