CN107064767B - 栅极电阻、电容连续可调的igbt测试电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，其特征是：包括双脉冲主电路，双脉冲主电路包括被测器件、陪测器件、第一功率器件和第二功率器件，被测器件的门极为双脉冲驱动电路；所述双脉冲驱动电路包括多个并联的栅极电阻和多个并联的栅极电容，第一光继电器组的一端连接被测器件的栅极信号，第一光继电器组的另一端连接电阻行矩阵的一端，电阻行矩阵的另一端连接被测器件的栅极和第二光继电器组的正输入端，第二光继电器组的负端连接栅极电容的一端，栅极电容的另一端连接被测器件的发射极。本发明能够改变IGBT栅极电阻、栅极电容的不同组合，从而更快、更准确的验证IGBT芯片的动态测试参数。
Description
技术领域
本发明涉及一种栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，尤其是一种基于数字控制的栅极电阻R ge、电容C ge连续可调的IGBT测试电路。
背景技术
当前在电力电子应用领域中，功率半导体IGBT得到了广泛的应用。在应用之前，利用半桥电路对IGBT进行双脉冲的动态测试以验证其性能，如图1所示，在图1中通过测试下半桥IGBT来说明双脉冲测试电路的性能，其中U为电压源，L load为负载电感，T 2为下半桥的IGBT，VD1为上半桥的FRD，图2为被测的IGBT的V ge、I C和V CE的波形图，在测试过程中利用示波器、电流电压探头测试下半桥的IGBT的电流I C、电压V ce和驱动V ge，上半桥IGBT T 1处于负压关断状态。在IGBT芯片焊接到DBC板或封装完毕之后，为了验证IGBT芯片的动态性能，通过焊接的方式调整驱动板上的栅极电阻R 1、R 2和C ge组合，达到最终的测试目的。但是通过手动调整R 1、R 2和C ge组合的方式测试IGBT，会造成测试时间长、动态测试参数精度低、效率低、驱动板焊接点易脱落等问题。
当前的测试方法是先在驱动板上焊接栅极电阻来测试功率器件的动态参数，通过分析，测试参数不合适，然后从测试平台上拆下驱动板，然后利用电烙铁焊接另一组电阻，依次类推，这样测试给测试人员带来很多的麻烦，测试时间长、分析周期长等等，再加上不断的对栅极电阻和栅极电容的匹配问题，测试数据更多，分析更加困难，造成测试、分析效率低。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，能够改变IGBT栅极电阻、栅极电容的不同组合，从而更快、更准确的验证IGBT芯片的动态测试参数。
按照本发明提供的技术方案，所述栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，其特征是：包括双脉冲主电路，所述双脉冲主电路主要包括被测器件T2、陪测器件T1、第一功率器件VD1和第二功率器件VD2；所述陪测器件T1和第一功率器件VD1并联，被测器件T2和第二功率器件VD2并联，陪测器件T1的集电极连接到电源U的正极和负载电感Lload的一端，陪测器件T1的发射极连接到被测器件T2的集电极和负载电感Lload的另一端，被测器件T2的发射极和电源U的负极相连，第一功率器件VD1、第二功率器件VD2分别和陪测器件T1、被测器件T2反并联，陪测器件T1的门极G处于负压关断，被测器件T2的门极G为双脉冲驱动电路；所述双脉冲驱动电路主要包括栅极电阻R1~R20、二极管D1~D10、光继电器K1~K10、栅极电容Cge1~Cge10和光继电器K11~K20，光继电器K1~K10的一端连接被测器件T2的栅极信号，光继电器K1~K10的另一端连接电阻行矩阵的一端，电阻行矩阵的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端，光继电器K11~K20的负端连接栅极电容Cge1~Cge10的一端，栅极电容Cge1~Cge10的另一端连接被测器件T2的发射极和稳压管D的另一端，栅极电容Cge1~Cge10并联设置。
进一步的，所述电阻行矩阵包括并联设置的栅极电阻R1~R20；所述栅极电阻R2的一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接光继电器K1和栅极电阻R1的一端；栅极电阻R4的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接光继电器K2和栅极电阻R3的一端；栅极电阻R6的一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接光继电器K3和栅极电阻R5的一端；栅极电阻R8的一端连接二极管D4的正极，二极管D4的负极连接光继电器K4和栅极电阻R7的一端；栅极电阻R10的一端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接光继电器K5和栅极电阻R9的一端；栅极电阻R12的一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接光继电器K6和栅极电阻R11的一端；栅极电阻R14的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接光继电器K7和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R16的一端连接二极管D8的正极，二极管D8的负极连接光继电器K8和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R18的一端连接二极管D9的正极，二极管D9的负极连接光继电器K9和栅极电阻R17的一端；栅极电阻R20的一端连接二极管D10的正极，二极管D10的负极连接光继电器K10和栅极电阻R19的一端；所述R1~R20的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端。所述栅极电阻R1~R20通过光继电器K11~K20的开关进行组合，通过并联的方式得到合适的栅电阻大小。所述二极管D1~D10的作用是区别被测功率器件T 2的开通关断栅电阻不同。
进一步的，所述光继电器K1~K20由数字控制芯片控制开通和关断。
本发明所述栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，能够更加方便、快捷、高精度测试功率器件的动态参数，从而对芯片设计提供高效的帮助，还为封装完成的IGBT模块在应用领域（焊机、变频、光伏、新能源汽车等）提供更加优良的测试平台。
附图说明
图1为现有技术中双脉冲测试电路的示意图。
图2为被测的IGBT的V ge、I C和V CE的波形图。
图3为本发明所述栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路的示意图。
图4为数字控制芯片及相关的输入输出端口。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图3所示，本发明所述栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路包括双脉冲主电路；所述双脉冲主电路主要包括被测器件T2、陪测器件T1、第一功率器件VD1和第二功率器件VD2，所述陪测器件T1和被测器件T2的电气参数相同，每个IGBT有三个端子门极G、集电极C和发射极E；所述陪测器件T1和第一功率器件VD1并联，被测器件T2和第二功率器件VD2并联，陪测器件T1的集电极连接到电源U的正极和负载电感Lload的一端，陪测器件T1的发射极连接到被测器件T2的集电极和负载电感Lload的另一端，被测器件T2的发射极和电源U的负极相连，第一功率器件VD1、第二功率器件VD2分别和陪测器件T1、被测器件T2反并联，陪测器件T1的门极G处于负压关断，被测器件T2的门极G为双脉冲驱动电路，双脉冲驱动电路由栅极电阻和栅极电容组成的10×10二维矩阵组成；所述双脉冲驱动电路主要包括栅极电阻R1~R20、二极管D1~D10、光继电器K1~K10、栅极电容Cge1~Cge10、光继电器K11~K20和稳压管D，光继电器K1~K10的一端连接被测器件T2的栅极信号，光继电器K1~K10的另一端连接电阻行矩阵的一端，电阻行矩阵的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端，光继电器K11~K20的负端连接栅极电容Cge1~Cge10的一端，栅极电容Cge1~Cge10的另一端连接被测器件T2的发射极和稳压管D的另一端，栅极电容Cge1~Cge10并联设置。
所述电阻行矩阵包括并联设置的栅极电阻R1~R20；所述栅极电阻R2的一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接光继电器K1和栅极电阻R1的一端；栅极电阻R4的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接光继电器K2和栅极电阻R3的一端；栅极电阻R6的一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接光继电器K3和栅极电阻R5的一端；栅极电阻R8的一端连接二极管D4的正极，二极管D4的负极连接光继电器K4和栅极电阻R7的一端；栅极电阻R10的一端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接光继电器K5和栅极电阻R9的一端；栅极电阻R12的一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接光继电器K6和栅极电阻R11的一端；栅极电阻R14的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接光继电器K7和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R16的一端连接二极管D8的正极，二极管D8的负极连接光继电器K8和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R18的一端连接二极管D9的正极，二极管D9的负极连接光继电器K9和栅极电阻R17的一端；栅极电阻R20的一端连接二极管D10的正极，二极管D10的负极连接光继电器K10和栅极电阻R19的一端；所述R1~R20的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端。所述栅极电阻R1~R20通过光继电器K11~K20的开关进行组合，通过并联的方式得到合适的栅电阻大小。所述二极管D1~D10的作用是区别被测功率器件T 2的开通关断栅电阻不同。
所述光继电器K1~K20是通过数字控制芯片控制其开通和关断，如图4所示为数字控制芯片及相关的输入输出端口。
本发明通过数字控制芯片控制光继电器的开通和关断，通过光继电器来对栅极电阻R ge（R1~R20）和电容C ge（Cge1~Cge10）进行组合，最终选择合适的栅极电阻和电容，然后通过双脉冲测试电路，测试功率器件IGBT的动态参数。
在双脉冲主电路中有两个IGBT和两个FRD器件，在测试过程前，把高压隔离探头、低压探头、电流探头分别接在被测器件T2的集电极-发射极、栅极-发射极和发射极。其中T1陪测器件，在测试时一直处于负压关断状态；T2为被测器件，在正常测试前，通过数字控制芯片控制光继电器的开关把栅极电阻调整到最大的状态，栅极电容处于断开的状态。
正常工作时，陪测器件T1处于负压关断状态，栅极电容处于断开状态，通过数字控制芯片对光继电器K1~K10进行控制，根据测试出的IGBT的动态测试参数t d(on)，t r，t d(off)，t f，E on、E off、di/dt及du/dt来观察测试结果是否合适，若没有达到要求，通过人机界面更改光继电器的开关进而改变被测功率器件T2的栅极电阻大小。为了防止器件损坏，只需通过人机界面更改数字，然后通过主控芯片对光继电器进行开关，这样就可以对栅极电阻从大到小配置，然后利用双脉冲测试方法对T2进行测试，利用高压隔离探头测量T2的电压Vce、电流探头测试集电极电流Ic和低压探头测试门极电压Vge，然后在利用示波器测量被测功率器件T2的开关时间、开关损耗及对IGBT的开关波形进行分析。
当调整栅极电阻不能改善被测功率器件T2的动态参数时，那么可以通过搭配栅极电容一起来测试功率半导体T2的动态参数，栅极电阻的组合是一维行电阻矩阵，在和栅极电容匹配下，测试功率器件T2的动态参数变成了二维矩阵，这样测试结果更多，也更加快捷。
通过数字芯片控制的栅极电阻组合和栅极电容组合不仅可以方便测试出功率器件的动态参数，而且对产品动态参数优化、功率器件的应用提供良好的平台。
本发明利用数字控制芯片控制光继电器的开关，把栅极电阻和栅极电容组成的二维矩阵进行组合，从而快捷、高效的测试出IGBT的动态参数，缩短产品的研发时间，节约成本。在应用领域，通过这样的电路设计调整合适栅极电阻、电容，减少电磁干扰，选择合适的散热器、风机等。具体如：新能源汽车中，其三相逆变电路是由3个半桥电路组成，分别是U、V、W三相电路，在运行时，如U相电路和双脉冲测试电路一样如图1所示。因栅极电阻、电容影响IGBT及FRD的动态损耗，在汽车电子中可以根据其工况情况改变栅极电阻、电容的匹配进而改IGBT及FRD的损耗问题，根据其工况可以选取合适的散热、风机等，更能延长功率器件的寿命，进而延长整个汽车的寿命。
Claims (1)
1.一种栅极电阻、电容连续可调的IGBT测试电路，其特征是：包括双脉冲主电路，所述双脉冲主电路主要包括被测器件T2、陪测器件T1、第一功率器件VD1和第二功率器件VD2；所述陪测器件T1和第一功率器件VD1并联，被测器件T2和第二功率器件VD2并联，陪测器件T1的集电极连接到电源U的正极和负载电感Lload的一端，陪测器件T1的发射极连接到被测器件T2的集电极和负载电感Lload的另一端，被测器件T2的发射极和电源U的负极相连，第一功率器件VD1、第二功率器件VD2分别和陪测器件T1、被测器件T2反并联，陪测器件T1的门极G处于负压关断，被测器件T2的门极G为双脉冲驱动电路；所述双脉冲驱动电路主要包括栅极电阻R1~R20、二极管D1~D10、光继电器K1~K10、栅极电容Cge1~Cge10和光继电器K11~K20，光继电器K1~K10的一端连接被测器件T2的栅极信号，光继电器K1~K10的另一端连接电阻行矩阵的一端，电阻行矩阵的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端，光继电器K11~K20的负端连接栅极电容Cge1~Cge10的一端，栅极电容Cge1~Cge10的另一端连接被测器件T2的发射极和稳压管D的另一端，栅极电容Cge1~Cge10并联设置；
其中，所述电阻行矩阵包括并联设置的栅极电阻R1~R20；所述栅极电阻R2的一端连接二极管D1的正极，二极管D1的负极连接光继电器K1和栅极电阻R1的一端；栅极电阻R4的一端连接二极管D2的正极，二极管D2的负极连接光继电器K2和栅极电阻R3的一端；栅极电阻R6的一端连接二极管D3的正极，二极管D3的负极连接光继电器K3和栅极电阻R5的一端；栅极电阻R8的一端连接二极管D4的正极，二极管D4的负极连接光继电器K4和栅极电阻R7的一端；栅极电阻R10的一端连接二极管D5的正极，二极管D5的负极连接光继电器K5和栅极电阻R9的一端；栅极电阻R12的一端连接二极管D6的正极，二极管D6的负极连接光继电器K6和栅极电阻R11的一端；栅极电阻R14的一端连接二极管D7的正极，二极管D7的负极连接光继电器K7和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R16的一端连接二极管D8的正极，二极管D8的负极连接光继电器K8和栅极电阻R15的一端；栅极电阻R18的一端连接二极管D9的正极，二极管D9的负极连接光继电器K9和栅极电阻R17的一端；栅极电阻R20的一端连接二极管D10的正极，二极管D10的负极连接光继电器K10和栅极电阻R19的一端；所述R1~R20的另一端连接被测器件T2的栅极、光继电器K11~K20的正输入端和稳压管D的一端；所述栅极电阻R1~R20通过光继电器K11~K20的开关进行组合，通过并联的方式得到合适的栅电阻大小；所述二极管D1~D10的作用是区别被测功率器件T 2的开通关断栅电阻不同；
其中，所述光继电器K1~K20由数字控制芯片控制开通和关断。
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