CN106707131A - 一种开关机构及具有开关机构的低感测试设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种开关机构，包括平行正对的两个双向开关，其中，第一双向开关A1用于控制两个母排的通断，第一双向开关A1闭合时，第一双向开关A1分别接触两个母排，第一双向开关A1断开时，第一双向开关A1分别平行于两个母排；第二双向开关A2用于控制另外两个母排的通断，第二双向开关A2闭合时，第二双向开关A2分别接触另外两个母排，第二双向开关A2断开时，第二双向开关A2分别平行于另外两个母排，这样能够有效降低开关机构的寄生电感。本发明还公开了一种具有开关机构的低感测试设备，采用了四个开关机构，这样只需采用一套电流传感器，就能对上半桥集电极电流和下半桥发射极电流的采样，有效减小了测试设备体积和成本。

Description

一种开关机构及具有开关机构的低感测试设备

技术领域

本发明涉及电力电子领域，特别是涉及一种开关机构及具有开关机构的低感测试设备。

背景技术

电力电子技术在当今快速发展的工业领域占有非常重要的地位，功率半导体器件作为电力电子技术的代表，已广泛应用于电动汽车，光伏发电，风力发电，工业变频等行业。随着我国工业的崛起，功率半导体器件有着更加广阔的市场前景。

功率半导体器件的电气性能参数是应用工程师非常关注的指标，此指标会作为系统电气设计的依据，往往对设计产品的质量起着至关重要的作用。功率半导体器件的电气性能参数需要借助专业的动、静态测试机构来评价，现有技术的测试机构中的开关机构往往寄生电感较大，并且为实现对功率半导体器件的快速测试，一套测试系统内往往集成两套电流传感器，这样不仅造成测试机构体积较大，而且会造成成本增加。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种寄生电感较小的开关机构，以及只需采用一套电流传感器，能够有效减小测试设备体积和成本的具有开关机构的低感测试设备。

技术方案：本发明所述的开关机构，包括平行正对的两个双向开关，其中，第一双向开关用于控制两个母排的通断，第一双向开关闭合时，第一双向开关分别接触两个母排，第一双向开关断开时，第一双向开关分别平行于两个母排；第二双向开关用于控制另外两个母排的通断，第二双向开关闭合时，第二双向开关分别接触另外两个母排，第二双向开关断开时，第二双向开关分别平行于另外两个母排。

进一步，所述第一双向开关和第二双向开关同时闭合或者断开，这样方便控制第一双向开关和第二双向开关的运动。

进一步，所述第一双向开关上具有第一扁平触点，第一双向开关闭合时，第一扁平触点分别接触两个母排，第一双向开关断开时，第一扁平触点分别平行于两个母排；第二双向开关上具有第二扁平触点，第二双向开关闭合时，第二扁平触点分别接触另外两个母排，第二双向开关断开时，第二扁平触点分别平行于另外两个母排。这样能够进一步降低寄生电感，从而提高测试的准确度。

进一步，所述第一双向开关包括第一气缸、第一推杆、第一绝缘辅助块和第一扁平触点，第一推杆一端连接第一气缸内部的活塞，第一推杆另一端连接第一绝缘辅助块，第一扁平触点设于第一绝缘辅助块上，第一双向开关闭合时，第一扁平触点分别接触两个母排，第一双向开关断开时，第一扁平触点分别平行于两个母排；第二双向开关包括第二气缸、第二推杆、第二绝缘辅助块和第二扁平触点，第二推杆一端连接第二气缸内部的活塞，第二推杆另一端连接第二绝缘辅助块，第二扁平触点设于第二绝缘辅助块上，第二双向开关闭合时，第二扁平触点分别接触另外两个母排，第二双向开关断开时，第二扁平触点分别平行于另外两个母排。

本发明所述的具有开关机构的低感测试设备，包括电流传感器、穿过电极、四个如权利要求1所述的开关机构以及吸收电容，其中，第一开关机构包括第一双向开关A1和第二双向开关A2，第二开关机构包括第三双向开关B1和第四双向开关B2，第三开关机构包括第五双向开关B3和第六双向开关B4，第四开关机构包括第七双向开关A3和第八双向开关A4，穿过电极从电流传感器中间的孔中穿过；所述测试设备对上半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容的一个电极流出，依次经过第七双向开关A3、穿过电极、第一双向开关A1、功率模块、第二双向开关A2和第八双向开关A4之后流入吸收电容的另一个电极；所述测试设备对下半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容的一个电极流出，依次经过第五双向开关B3、第三双向开关B1、功率模块、第四双向开关B2、穿过电极和第六双向开关B4之后流入吸收电容的另一个电极。这样只需采用一套电流传感器，能够有效减小测试设备体积和成本。

进一步，所述电流传感器局部罩设有外壳电极，所述测试设备对上半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容的一个电极流出，依次经过第七双向开关A3、穿过电极、第一双向开关A1、功率模块、第二双向开关A2、外壳电极和第八双向开关A4之后流入吸收电容的另一个电极；所述测试设备对下半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容的一个电极流出，依次经过第五双向开关B3、外壳电极、第三双向开关B1、功率模块、第四双向开关B2、穿过电极和第六双向开关B4之后流入吸收电容的另一个电极。外壳电极罩设在电流传感器局部，能够进一步降低寄生电感，从而提高测试的准确度。

进一步，所述外壳电极向电流传感器两侧延伸出端部，穿过电极的两个端部分置于电流传感器两侧，外壳电极的端部与穿过电极的端部平行。这样能够进一步降低寄生电感，从而提高测试的准确度。

进一步，还包括平行正对的第三叠层母排和第四叠层母排；所述第五双向开关B3用于控制外壳电极与第三叠层母排的通断，第三叠层母排端部具有多个第三叠层母排端子，第六双向开关B4用于控制穿过电极与第四叠层母排的通断，第四叠层母排端部具有多个第四叠层母排端子，第三叠层母排端子连接吸收电容的一个电极，吸收电容的另一个电极连接第四叠层母排端子。这样通过多个第三叠层母排端子与吸收电容一个电极相连，通过多个第四叠层母排端子与吸收电容另一个电极相连，能够形成多组电流通路，既可以减小电阻，也可以降低寄生电感。

进一步，还包括平行正对的第三叠层母排和第四叠层母排；所述第五双向开关B3用于控制外壳电极与第三叠层母排的通断，第三叠层母排端部具有第三叠层母排端子，第六双向开关B4用于控制穿过电极与第四叠层母排的通断，第四叠层母排端部具有第四叠层母排端子，第三叠层母排端子与第四叠层母排端子交错设置，第三叠层母排端子连接吸收电容的一个电极，吸收电容的另一个电极连接第四叠层母排端子。这样第三叠层母排端子和第四叠层母排交错设置能够减小电流通路的面积，从而进一步降低寄生电感。

进一步，所述穿过电极位于电流传感器中间的部分为圆柱状。这样能够减小穿过电极与外壳电极之间的距离，从而能够进一步降低寄生电感，提高测试的准确度。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

(1)本发明公开了一种开关机构，第一双向开关闭合时，第一双向开关分别接触两个母排，第一双向开关断开时，第一双向开关分别平行于两个母排；第二双向开关闭合时，第二双向开关分别接触另外两个母排，第二双向开关断开时，第二双向开关分别平行于另外两个母排。这样由于第一双向开关断开时，第一双向开关与两个母排是平行的状态，第二双向开关断开时，第二双向开关与另外两个母排也是平行的状态，能够有效降低开关机构的寄生电感；

(2)本发明还公开了一种具有开关机构的低感测试设备，采用了四个开关机构，这样只需采用一套电流传感器，就能实现对功率模块的上半桥集电极电流和下半桥发射极电流的采样，有效减小了测试设备体积和成本。此外，四个开关机构的结构也有效降低了测试设备的寄生电感，提高了测试的准确度。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的低感测试设备的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的外壳电极和穿过电极的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式的电流传感器和穿过电极的结构示意图；

图4为现有技术中的低感测试设备的电路图；

图5为本发明具体实施方式的低感测试设备的电路图；

图6为本发明具体实施方式的双向开关的结构示意图；

图7为本发明具体实施方式的A组双向开关闭合的示意图；

图8为本发明具体实施方式的B组双向开关闭合的示意图；

图9为本发明具体实施方式的第一开关机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本发明的技术方案作进一步的介绍。

现有技术中的测试设备的电路图如图4所示，包括第一电流传感器11、第二电流传感器12和吸收电容21。可见，现有技术中的测试设备需要两个电流传感器，才能完成对功率模块41的上半桥功率模块和下半桥功率模块的测试。

本具体实施方式公开了一种具有开关机构的低感测试设备，如图1和图3所示，包括电流传感器1、外壳电极5、穿过电极6、电源端双向开关31、测试端双向开关32和吸收电容2。穿过电极6从电流传感器1中间的孔中穿过，外壳电极5罩设在电流传感器1的局部。可见，本具体实施方式只需要一个电流传感器，就能完成上半桥功率模块和下半桥功率模块的测试。

其中，外壳电极5包括分离的第一电极部53和第二电极部54，如图2所示，第一电极部53罩设在电流传感器1的上半部，第二电极部54罩设在电流传感器1的下半部，穿过电极6从第一电极部53和第二电极部54中间穿过。第一电极部53向左延伸出扁平的外壳电极左端部531，向右延伸出扁平的外壳电极右端部532。如图2和图3所示，穿过电极6具有穿过电极左端部61和穿过电极右端部62。外壳电极左端部531与穿过电极左端部61平行，外壳电极右端部532与穿过电极右端部62平行。

测试端双向开关32包括第一开关机构321和第二开关机构322，电源端双向开关31包括第三开关机构311和第四开关机构312。如图5所示，第一开关机构321包括第一双向开关A1和第二双向开关A2，第二开关机构322包括第三双向开关B1和第四双向开关B2，第三开关机构311包括第五双向开关B3和第六双向开关B4，第四开关机构312包括第七双向开关A3和第八双向开关A4。第一双向开关A1、第二双向开关A2、第七双向开关A3和第八双向开关A4统称为A组开关。第三双向开关B1、第四双向开关B2、第五双向开关B3和第六双向开关B4统称为B组开关。

如图1所示，待测功率模块4的上半桥集电极连接第一叠层母排71，待测功率模块4的下半桥发射极连接第二叠层母排72，第三叠层母排73通过端部的第三叠层母排端子连接吸收电容2的一个电极，第四叠层母排74通过端部的第四叠层母排端子连接吸收电容2的另一个电极。

A组开关和B组开关均可以采用气动扁平触点开关，如图6所示。如图6、图7、图8和图9所示，第一双向开关A1包括第一气缸86、第一推杆(图未示)、第一绝缘辅助块106和第一扁平触点1061，第一扁平触点1061用于控制第一叠层母排71和穿过电极左端部61之间的通断；第二双向开关A2包括第二气缸82、第二推杆(图未示)、第二绝缘辅助块102和第二扁平触点1021，第二扁平触点1021用于控制第二叠层母排72和外壳电极左端部531之间的通断；第三双向开关B1包括第三气缸85、第二推杆(图未示)、第三绝缘辅助块105和第三扁平触点(图未示)，第三扁平触点用于控制第一叠层母排71和外壳电极左端部531之间的通断；第四双向开关B2包括第四气缸81、第四推杆(图未示)、第四绝缘辅助块101和第四扁平触点1011，第四扁平触点1011用于控制第二叠层母排72和穿过电极左端部61之间的通断；第五双向开关B3包括第五气缸88、第五推杆(图未示)、第五绝缘辅助块108和第五扁平触点(图未示)，第五扁平触点用于控制第三叠层母排73和外壳电极右端部532之间的通断；第六双向开关B4包括第六气缸84、第六推杆(图未示)、第六绝缘辅助块104和第六扁平触点(图未示)，第六扁平触点用于控制第四叠层母排74和穿过电极右端部62之间的通断；第七双向开关A3包括第七气缸87、第七推杆97、第七绝缘辅助块107和第七扁平触点(图未示)，第七扁平触点用于控制第三叠层母排73和穿过电极右端部62之间的通断；第八双向开关A4包括第八气缸83、第八推杆93、第八绝缘辅助块103和第八扁平触点1031，第八扁平触点1031用于控制第四叠层母排74和外壳电极右端部532之间的通断。本具体实施方式的测试设备中还设有四个电磁阀(图未示)，其中，第一气缸86和第二气缸82由第一电磁阀控制，第三气缸85和第四气缸81由第二电磁阀控制，第五气缸88和第六气缸84由第三电磁阀控制，第七气缸87和第八气缸83由第四电磁阀控制。

四个开关机构的结构是相同的，并且每个开关机构内的两个双向开关都是同步运动的，这里仅以第一开关机构321中的第一双向开关A1和第二双向开关A2为例介绍其结构和工作原理。如图9所示，第一双向开关A1包括第一气缸86、第一推杆(图未示)、第一绝缘辅助块106和第一扁平触点1061，第一扁平触点1061设于第一绝缘辅助块106的底部，第一推杆(图未示)的一端连接第一气缸86内部的活塞，第一推杆(图未示)的另一端连接第一绝缘辅助块106底部。第一推杆(图未示)向下运动的过程中，第一扁平触点1061会逐渐接触第一叠层母排71和穿过电极左端部61，当第一扁平触点1061完全接触第一叠层母排71和穿过电极左端部61，第一推杆(图未示)停止运动，此时第一叠层母排71和穿过电极左端部61之间通过第一扁平触点1061连通，也即实现了第一双向开关A1闭合的效果。如图9所示，第二双向开关A2包括第二气缸82、第二推杆(图未示)、第二绝缘辅助块102和第二扁平触点1021，第二扁平触点1021设于第二绝缘辅助块106的顶部，第二推杆(图未示)的一端连接第二气缸82内部的活塞，第二推杆(图未示)的另一端连接第二绝缘辅助块102底部。第二推杆(图未示)向上运动的过程中，第而扁平触点1021会逐渐接触第二叠层母排72和外壳电极左端部531，当第二扁平触点1021完全接触第二叠层母排72和外壳电极左端部531，第二推杆(图未示)停止运动，此时第二叠层母排72和外壳电极左端部531之间通过第二扁平触点102连通，也即实现了第二双向开关A2闭合的效果。并且，第一气缸86和第二气缸82由第一电磁阀控制，使得第一双向开关A1和第二双向开关A2同时闭合或者断开。

由图6—图9可见，当第一双向开关A1、第二双向开关A2、第七双向开关A3和第八双向开关A4同时闭合时，第一绝缘辅助块106与第二绝缘辅助块102平行正对，第一扁平触点1061与第二扁平触点1021也平行正对，第七绝缘辅助块107与第八绝缘辅助块103平行正对，第七扁平触点(图未示)与第八扁平触点1031也平行正对；第三双向开关B1、第四双向开关B2、第五双向开关B3和第六双向开关B4同时闭合时，第三绝缘辅助块105与第四绝缘辅助块101平行正对，第三扁平触点(图未示)与第四扁平触点1011也平行正对，第五绝缘辅助块108与第六绝缘辅助块104平行正对，第五扁平触点(图未示)与第六扁平触点(图未示)也平行正对。这样能够有效降低寄生电感，从而提高测试的准确度。

本具体实施方式的测试设备能够实现只需要这一个设备、只需要一套电流传感器1就能对上半桥功率模块和下半桥功率模块进行测试。在测试上半桥功率模块的电学特性时，如图7所示，第一双向开关A1、第二双向开关A2、第七双向开关A3和第八双向开关A4均闭合，电流自吸收电容2的一个电极流出，依次经过第七双向开关A3、穿过电极6、第一双向开关A1、待测功率模块4、第二双向开关A2、外壳电极5和第八双向开关A4之后流入吸收电容2的另一个电极。在测试下半桥功率模块的电学特性时，如图8所示，第二双向开关B1、第四双向开关B2、第六双向开关B3和第八双向开关B4均闭合，电流自吸收电容2的一个电极流出，依次经过第五双向开关B3、外壳电极5、第三双向开关B1、待测功率模块4、第四双向开关B2、穿过电极6和第六双向开关B4之后流入吸收电容2的另一个电极。

此外，穿过电极6位于电流传感器1中间的部分可以为圆柱状，这样能够减小穿过电极6与外壳电极5之间的距离，从而能够有效降低寄生电感，提高测试的准确度。

考虑到爬电距离、电气间隙等电气安全问题，在低感测试设备的不同电极之间以及电极与电流传感器之间均设有绝缘介质，而且绝缘介质的尺寸要大于电极的尺寸，从而增加爬电距离。

Claims (10)

1.一种开关机构，其特征在于：包括平行正对的两个双向开关，其中，第一双向开关A1用于控制两个母排的通断，第一双向开关A1闭合时，第一双向开关A1分别接触两个母排，第一双向开关A1断开时，第一双向开关A1分别平行于两个母排；第二双向开关A2用于控制另外两个母排的通断，第二双向开关A2闭合时，第二双向开关A2分别接触另外两个母排，第二双向开关A2断开时，第二双向开关A2分别平行于另外两个母排。

2.根据权利要求1所述的开关机构，其特征在于：所述第一双向开关A1和第二双向开关A2同时闭合或者断开。

3.根据权利要求1所述的开关机构，其特征在于：所述第一双向开关A1上具有第一扁平触点(1061)，第一双向开关A1闭合时，第一扁平触点(1061)分别接触两个母排，第一双向开关A1断开时，第一扁平触点(1061)分别平行于两个母排；第二双向开关A2上具有第二扁平触点(1021)，第二双向开关A2闭合时，第二扁平触点(1021)分别接触另外两个母排，第二双向开关A2断开时，第二扁平触点(1021)分别平行于另外两个母排。

4.根据权利要求1所述的开关机构，其特征在于：所述第一双向开关A1包括第一气缸(86)、第一推杆、第一绝缘辅助块(106)和第一扁平触点(1061)，第一推杆一端连接第一气缸(86)内部的活塞，第一推杆另一端连接第一绝缘辅助块(106)，第一扁平触点(1061)设于第一绝缘辅助块(106)上，第一双向开关A1闭合时，第一扁平触点(1061)分别接触两个母排，第一双向开关A1断开时，第一扁平触点(1061)分别平行于两个母排；第二双向开关A2包括第二气缸(82)、第二推杆、第二绝缘辅助块(102)和第二扁平触点(1021)，第二推杆一端连接第二气缸(82)内部的活塞，第二推杆另一端连接第二绝缘辅助块(102)，第二扁平触点(1021)设于第二绝缘辅助块(102)上，第二双向开关A2闭合时，第二扁平触点(1021)分别接触另外两个母排，第二双向开关A2断开时，第二扁平触点(1021)分别平行于另外两个母排。

5.一种具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：包括电流传感器(1)、穿过电极(6)、四个如权利要求1所述的开关机构以及吸收电容(2)，其中，第一开关机构(321)包括第一双向开关A1和第二双向开关A2，第二开关机构(322)包括第三双向开关B1和第四双向开关B2，第三开关机构(311)包括第五双向开关B3和第六双向开关B4，第四开关机构(312)包括第七双向开关A3和第八双向开关A4，穿过电极(6)从电流传感器(1)中间的孔中穿过；所述测试设备对上半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容(2)的一个电极流出，依次经过第七双向开关A3、穿过电极(6)、第一双向开关A1、功率模块(4)、第二双向开关A2和第八双向开关A4之后流入吸收电容(2)的另一个电极；所述测试设备对下半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容(2)的一个电极流出，依次经过第五双向开关B3、第三双向开关B1、功率模块(4)、第四双向开关B2、穿过电极(6)和第六双向开关B4之后流入吸收电容(2)的另一个电极。

6.根据权利要求5所述的具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：所述电流传感器(1)局部罩设有外壳电极(5)，所述测试设备对上半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容(2)的一个电极流出，依次经过第七双向开关A3、穿过电极、第一双向开关A1、功率模块(4)、第二双向开关A2、外壳电极(5)和第八双向开关A4之后流入吸收电容(2)的另一个电极；所述测试设备对下半桥功率模块进行测试时，电流自吸收电容(2)的一个电极流出，依次经过第五双向开关B3、外壳电极(5)、第三双向开关B1、功率模块(4)、第四双向开关B2、穿过电极(6)和第六双向开关B4之后流入吸收电容(2)的另一个电极。

7.根据权利要求6所述的具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：所述外壳电极(5)向电流传感器(1)两侧延伸出端部，穿过电极(6)的两个端部分置于电流传感器(1)两侧，外壳电极(5)的端部与穿过电极(6)的端部平行。

8.根据权利要求6所述的具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：还包括平行正对的第三叠层母排(73)和第四叠层母排(74)；所述第五双向开关B3用于控制外壳电极(5)与第三叠层母排(73)的通断，第三叠层母排(73)端部具有多个第三叠层母排端子，第六双向开关B4用于控制穿过电极(6)与第四叠层母排(74)的通断，第四叠层母排(74)端部具有多个第四叠层母排端子，第三叠层母排端子连接吸收电容(2)的一个电极，吸收电容(2)的另一个电极连接第四叠层母排端子。

9.根据权利要求6所述的具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：还包括平行正对的第三叠层母排(73)和第四叠层母排(74)；所述第五双向开关B3用于控制外壳电极(5)与第三叠层母排(73)的通断，第三叠层母排(73)端部具有第三叠层母排端子，第六双向开关B4用于控制穿过电极(6)与第四叠层母排(74)的通断，第四叠层母排(74)端部具有第四叠层母排端子，第三叠层母排端子与第四叠层母排端子交错设置，第三叠层母排端子连接吸收电容(2)的一个电极，吸收电容(2)的另一个电极连接第四叠层母排端子。

10.根据权利要求6所述的具有开关机构的低感测试设备，其特征在于：所述穿过电极(6)位于电流传感器(1)中间的部分为圆柱状。