CN107991597A - 一种igbt可靠性测试的控制方法、装置及系统 - Google Patents

一种igbt可靠性测试的控制方法、装置及系统 Download PDF

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CN107991597A CN201711454491.7A CN201711454491A CN107991597A CN 107991597 A CN107991597 A CN 107991597A CN 201711454491 A CN201711454491 A CN 201711454491A CN 107991597 A CN107991597 A CN 107991597A
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董志意
姜梅
赵鹏
范秋洲
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Abstract

本发明涉及半导体功率器件技术领域，具体公开了一种IGBT可靠性测试的控制方法，其中，包括：输出加热电流和测试电流；采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；得到第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；判断第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；若达到，则发出加热中断信号；发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；输出测试电流；采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；得到第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；判断第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；若达到，则发出将风机的转速调小的信号。本发明还公开了一种IGBT可靠性测试的控制装置及系统。本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法具有控制精度高以及效率高的优势。

Description

一种IGBT可靠性测试的控制方法、装置及系统
技术领域
本发明涉及半导体功率器件技术领域，尤其涉及一种IGBT可靠性测试的控制方法、IGBT可靠性测试的控制装置及包括IGBT可靠性测试的控制装置的IGBT可靠性测试的系统。
背景技术
绝缘栅双极晶体管(IGBT)是目前最常应用在大功率装置的电子器件之一。研究IGBT可靠性问题对提高设备的可靠性有至关重要的作用。对IGBT的可靠性研究需要建立在明确IGBT器件失效机理的前提下，通过观察和分析与IGBT可靠性相关的老化特征参量，评估当前器件的健康状况、预测寿命或者直接确定器件故障原因。应用功率循环老化电路，加速器件的老化速度，便于观察特征参量。
现有的功率循环加速老化的电路中，采用PLC(可编程逻辑控制器)作为数字控制。但是由于PLC的每一条二进制指令速度是0.2-0.4μs，处理速度比较慢，且由于处理速度比较慢导致测量误差比较大，因而测量精度较低。
因此，如何提供一种处理速度高且测量精度高的控制方法成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种IGBT可靠性测试的控制方法、IGBT可靠性测试的控制装置及包括IGBT可靠性测试的控制装置的IGBT可靠性测试的系统，以解决现有技术中的问题。
作为本发明的第一个方面，提供一种IGBT可靠性测试的控制方法，其中，所述IGBT可靠性测试包括多次重复测试过程，每次测试过程对应的所述IGBT可靠性测试的控制方法包括：
同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
输出测试电流；
采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
优选地，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第一结温Tj未达到设定的最大结温Tjmax，则返回执行同时输出加热电流和测试电流的步骤。
优选地，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第二结温Tj2未达到设定的最小结温Tjmin，则返回执行发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号的步骤。
优选地，所述集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线通过热敏参数法获得。
优选地，每个所述IGBT均并联一个继电器，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括在发出启动风机的信号的步骤后进行的：
输出PWM波；
当发出将风机的转速调大的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽增大；
当发出将风机的转速调小的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽减小。
作为本发明的第二个方面，提供一种IGBT可靠性测试的控制装置，其中，所述IGBT可靠性测试的控制装置包括：
第一输出模块，所述第一输出模块用于同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
第一采集模块，所述第一采集模块用于采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
第一处理模块，所述第一处理模块用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
中断模块，所述中断模块用于若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
风机启动模块，所述风机启动模块用于发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
第二输出模块，所述第二输出模块用于输出测试电流；
第二采集模块，所述第二采集模块用于采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
第二处理模块，所述第二处理模块用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
转速调节模块，所述转速调节模块用于若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
作为本发明的第三个方面，提供一种IGBT可靠性测试的系统，其中，所述IGBT可靠性测试的系统包括前文所述的IGBT可靠性测试的控制装置和IGBT可靠性测试电路，所述IGBT可靠性测试的控制装置与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述IGBT可靠性测试的控制装置能够向所述IGBT可靠性测试电路发出控制信号以控制所述IGBT可靠性测试电路。
优选地，所述IGBT可靠性测试的控制装置包括DSP控制芯片。
优选地，所述IGBT可靠性测试的系统还包括：模数转换电路、输出控制电路、PWM控制电路和风机，
所述模数转换电路的输入端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述模数转换电路的输出端与所述DSP控制芯片连接，所述模数转换电路用于将采集到的集电极与发射极件的模拟电压信号转换成为数字的第一电压信号或第二电压信号，
所述输出控制电路的输入端与所述DSP控制芯片连接，所述输出控制电路的输出端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述输出控制电路能够根据所述DSP控制芯片输出的控制信号控制所述IGBT可靠性测试电路的继电器的开通和关断，
所述PWM控制电路的输入端与所述DSP控制芯片连接，所述PWM控制电路的输出端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述PWM控制电路能够根据所述DSP控制芯片的控制信号输出PWM波，并能够根据所述DSP控制芯片的控制信号调节所述PWM波的输出周期和脉宽，
所述风机与所述PWM控制电路连接，所述风机能够在所述PWM控制电路的控制下调节转速以能够对所述IGBT可靠性测试电路进行散热。
优选地，所述IGBT可靠性测试电路包括两个主继电器，其中一个所述主继电器用于控制加热电流的输入，另一个所述主继电器用于控制测试电流的输入，所述IGBT可靠性测试电路还包括多个IGBT，每个IGBT的发射极和集电极之间均并联一个从继电器，且每个IGBT的门极均与所述PWM控制电路连接，所述IGBT在所述PWM控制电路输出的PWM波的驱动下导通。
本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法，通过采集发射极与集电极之间的电压信号可以得到对应的结温，根据结温是否达到预设的最大结温或最小结温，来判断是否需要对IGBT继续加热或者继续散热，以及根据采样结果对IGBT驱动、继电器的闭合、风机的导通和转速进行控制，本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法具有精度高以及处理速度快的优势。
附图说明
附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法的流程图。
图2为本发明提供的加热电流和测试电流的导通状态图。
图3为本发明提供的IGBT可靠性测试的方法流程图。
图4为本发明提供的IGBT可靠性测试的控制装置的结构示意图。
图5为本发明提供的IGBT可靠性测试的控制系统的结构示意图。
图6为本发明提供的DSP控制芯片及外围电路结构示意图。
图7为本发明提供的IGBT可靠性测试电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。
作为本发明的第一个方面，提供一种IGBT可靠性测试的控制方法，其中，所述IGBT可靠性测试包括多次重复测试过程，如图1所示，每次测试过程对应的所述IGBT可靠性测试的控制方法包括：
S110、同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
S120、采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
S130、根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
S140、判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
S150、若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
S160、发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
S170、输出测试电流；
S180、采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
S190、根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
S200、判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
S210、若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法，通过采集发射极与集电极之间的电压信号可以得到对应的结温，根据结温是否达到预设的最大结温或最小结温，来判断是否需要对IGBT继续加热或者继续散热，以及根据采样结果对IGBT驱动、继电器的闭合、风机的导通和转速进行控制，本发明提供的IGBT可靠性测试的控制方法具有精度高以及处理速度快的优势。
需要说明的是，如图2所示，为所述测试电流和所述加热电流的导通状态图，由图2可以看出，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通。
还需要说明的是，所述最大结温Tjmax通常为175℃左右，所述最小结温Tjmin通常为常温25℃左右。
具体地，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第一结温Tj未达到设定的最大结温Tjmax，则返回执行同时输出加热电流和测试电流的步骤。
具体地，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第二结温Tj2未达到设定的最小结温Tjmin，则返回执行发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号的步骤。
优选地，所述集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线通过热敏参数法获得。
可以理解的是，由于结温的直接测量难度很大，所以采用热敏参数法。通过小电流下的饱和压降Vce测量IGBT的结温，测试电流比较小，国际惯例一般采用100m A测试电流下的饱和压降Vce作为测量结温的热敏参数。先用恒温箱加热到确定的温度，测试此温度对应的Vce。多选取温度在最高结温至最低结温之间，根据温度的设定和测得的对应的Vce的值，拟合出Tj和Vce的关系。再老化过程中，即可以通过反向的推导根据Vce得出相应的结温，间接检测结温。
具体地，每个所述IGBT均并联一个继电器，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括在发出启动风机的信号的步骤后进行的：
输出PWM波；
当发出将风机的转速调大的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽增大；
当发出将风机的转速调小的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽减小。
下面结合图3所示，对本发明提供的IGBT可靠性测试的方法进行详细描述。本发明采用恒定结温波动ΔTj的控制策略进行功率循环老化试验，可以同时进行多个IGBT的老化，并基于DSP数字信号处理器对电压信号Vce进行采样处理，根据采样结果对IGBT驱动、继电器的闭合、风机的导通和转速进行控制。通过这个过程的循环，从而实现IGBT器件的老化。
由于结温的直接测量难度很大，所以采用热敏参数法。通过小电流下的饱和压降Vce测量IGBT的结温，测试电流比较小，国际惯例一般采用100m A测试电流下的饱和压降Vce作为测量结温的热敏参数。先用恒温箱加热到确定的温度，测试此温度对应的Vce。多选取温度在最高结温至最低结温之间，根据温度的设定和测得的对应的Vce的值，拟合出Tj和Vce的关系。再老化过程中，即可以通过反向的推导根据Vce得出相应的结温，间接检测结温。
通过加热电流流入IGBT的时间使温度波动保持恒定。通过DSP对继电器的控制，同时给多个IGBT小测试电流。对加热电流和测试电流的导通情况如图2所示。由采集到的Vce的值判定是否上升到最高结温，或者下降到最低结温，从而控制与IGBT并联的开关S1-S5的导通和关断。在进行一次老化过程，首先给IGBT驱动电压和一定时间的加热电流，而后用小测试电流测试集电极-发射极间电压Vce是否到达与最高结温匹配的Vce。当未达到最高结温时，并联的S保持断开，继续通入加热电流直到下一次通入测试电流进行测试是否达到最高结温。若达到最高结温，进入中断，DSP控制闭合并联开关S，并断开IGBT的驱动电路，控制风机开通进行散热，仅当测试电流导通的时候，施加给IGBT驱动电压，其余情况都要断开IGBT的驱动，直至到达最低结温控制风机关断，完成一次功率循环老化的过程。其中本电路应用DSP的AD模块采集Vce的值，根据值得大小对继电器和IGBT驱动电路的导通和关断做出判定。DSP内部ADC通道模拟电压输入范围是0.0V-3.0V，负压或高于3V会烧坏AD模块。需要通过调理电路将Vce转换成0.0-3.0V做为AD模块的输入。
作为本发明的第二个方面，提供一种IGBT可靠性测试的控制装置，其中，如图4所示，所述IGBT可靠性测试的控制装置10包括：
第一输出模块110，所述第一输出模块110用于同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
第一采集模块120，所述第一采集模块120用于采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
第一处理模块130，所述第一处理模块130用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
第一判断模块140，所述第一判断模块140用于判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
中断模块150，所述中断模块150用于若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
风机启动模块160，所述风机启动模块160用于发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
第二输出模块170，所述第二输出模块170用于输出测试电流；
第二采集模块180，所述第二采集模块180用于采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
第二处理模块190，所述第二处理模块190用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
第二判断模块200，所述第二判断模块200用于判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
转速调节模块210，所述转速调节模块210用于若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
本发明提供的IGBT可靠性测试的控制装置，通过采集发射极与集电极之间的电压信号可以得到对应的结温，根据结温是否达到预设的最大结温或最小结温，来判断是否需要对IGBT继续加热或者继续散热，以及根据采样结果对IGBT驱动、继电器的闭合、风机的导通和转速进行控制，本发明提供的IGBT可靠性测试的控制装置具有精度高以及处理速度快的优势。
作为本发明的第三个方面，提供一种IGBT可靠性测试的系统，其中，如图5所示，所述IGBT可靠性测试的系统1包括前文所述的IGBT可靠性测试的控制装置10和IGBT可靠性测试电路50，所述IGBT可靠性测试的控制装置10与所述IGBT可靠性测试电路50连接，所述IGBT可靠性测试的控制装置10能够向所述IGBT可靠性测试电路50发出控制信号以控制所述IGBT可靠性测试电路。
本发明提供的IGBT可靠性测试的系统，采用DSP数字控制的恒定结温波动的多个IGBT老化电路，可以更高效的、准确的加速老化，观察特征参量，缩短时间成本。探究IGBT器件的失效机理，寻找不同失效机理下的预兆特征参量，并明确特征参量变化与IGBT器件老化程度的对应关系是后续建立器件寿命评估模型以及状态监测和故障诊断的基石，是IGBT可靠性问题研究的关键环节，决定IGBT可靠性研究的基本走向。IGBT的失效体现在键合线脱落和焊料层老化等，IGBT的功率循环老化试验，可以更有利于研究人员探究失效机理，提高可靠性。
另外，由于DSP的指令执行周期是纳秒级别，在IGBT上给测试电流测试Vce从而得到结温Tj时，处理速度提高可以有效的减小测量误差，提高测量精度。当给多个IGBT进行老化时，同时给多个IGBT通入测试电流，再通过调整与IGBT并联的继电器的闭合和断开，从而优化通入加热电流的时间。本发明采用风冷的散热方法，更便于控制且降低成本。
优选地，所述IGBT可靠性测试的控制装置10包括DSP控制芯片。
具体地，为了实现对所述IGBT可靠性测试电路50的控制，如图6所示，所述IGBT可靠性测试的系统1还包括：模数转换电路20、输出控制电路30、PWM控制电路40和风机(图中未示出)，
所述模数转换电路20的输入端与所述IGBT可靠性测试电路50连接，所述模数转换电路20的输出端与所述DSP控制芯片10连接，所述模数转换电路20用于将采集到的集电极与发射极件的模拟电压信号转换成为数字的第一电压信号或第二电压信号，
所述输出控制电路30的输入端与所述DSP控制芯片10连接，所述输出控制电路30的输出端与所述IGBT可靠性测试电路50连接，所述输出控制电路30能够根据所述DSP控制芯片10输出的控制信号控制所述IGBT可靠性测试电路50的继电器的开通和关断，
所述PWM控制电路40的输入端与所述DSP控制芯片10连接，所述PWM控制电路40的输出端与所述IGBT可靠性测试电路50连接，所述PWM控制电路40能够根据所述DSP控制芯片10的控制信号输出PWM波，并能够根据所述DSP控制芯片10的控制信号调节所述PWM波的输出周期和脉宽，
所述风机与所述PWM控制电路40连接，所述风机能够在所述PWM控制电路40的控制下调节转速以能够对所述IGBT可靠性测试电路进行散热。
作为所述IGBT可靠性测试电路50的具体实施方式，如图7所示，所述IGBT可靠性测试电路50包括两个主继电器，其中一个所述主继电器K1用于控制加热电流的输入，另一个所述主继电器K2用于控制测试电流的输入，所述IGBT可靠性测试电路50还包括多个IGBT，每个IGBT的发射极和集电极之间均并联一个从继电器，且每个IGBT的门极均与所述PWM控制电路连接，所述IGBT在所述PWM控制电路输出的PWM波的驱动下导通。
具体地，如图7所示，以包括5个IGBT为例，所述IGBT可靠性测试电路50包括主继电器K1和K2，K1用于控制加热电流的输入，K2用于控制控制测试电流的输入，还包括IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4和IGBT5，IGBT1的发射极和集电极之间并联有从继电器S1，IGBT1的门极与所述PWM控制电路的PWM1_1连接，IGBT2的发射极和集电极之间并联有从继电器S2，IGBT2的门极与所述PWM控制电路的PWM1_2连接，IGBT3的发射极和集电极之间并联有从继电器S3，IGBT3的门极与所述PWM控制电路的PWM1_3连接，IGBT4的发射极和集电极之间并联有从继电器S4，IGBT4的门极与所述PWM控制电路的PWM1_4连接，IGBT5的发射极和集电极之间并联有从继电器S5，IGBT5的门极与所述PWM控制电路的PWM1_5连接。
具体地，以五个为例包括待老化的IGBT1～IGBT5，其中IGBT的发射极和集电极顺次串联连接；驱动电压Vge1～Vge5的正端连接IGBT的门极，负端连接IGBT的发射极也；继电器S1～S5分别连接在IGBT1～IGBT5的集电极和发射极两端；继电器K1、K2一端相连，连接在IGBT1的集电极；继电器K1的另一端连到加热电源的正端；继电器K2连到测试电源的正端；加热电源和测试电源的负端连接，接在IGBT5的发射极。
如图6和图7所示，图7中的GPIO1_1与图6中的输出控制电路的GPIO1_1连接，同理，图7中的GPIO1_2与图6中的输出控制电路的GPIO1_2的连接，应当理解的是，图7中的标识与图6中的与该标识相同的地方连接，此处不再一一赘述。
如图7所示，老化电路中控制电路选用DSP作为数字控制芯片，其中选用7个GPIO口作为输出控制继电器的吸合和断开；5路AD用于采集经过调理后的VCE电压模拟信号，转换成数字信号，根据VCE的值所对应的结温Tj，判定IGBT和与其并联的继电器的开关状态，从而控制PWM波的周期和脉宽；DSP选用5组ePWM共10路PWM通道作为风机控制和IGBT驱动。
可以理解的是，本发明提供的IGBT可靠性测试的系统可以同时为多个IGBT进行老化。采用热敏参数法选取小电流下的集电极和发射极间的饱和压降Vce作为热敏参数，通过热敏参数和结温的关系曲线，间接获得IGBT的结温。选取测试电流为100mA下的集电极和发射极间的饱和压降作为热敏参数。老化方案选择恒定结温波动ΔTj的控制策略，控制每次加热阶段的结温值。通过加热电流流入IGBT的时间使温度波动保持恒定。通过DSP对继电器的控制，同时给多个IGBT小测试电流。由采集到的Vce的值判定是否上升到最高结温，或者下降到最低结温，从而控制与IGBT并联的开关S1-S5的导通和关断。在进行一次老化过程，首先给IGBT驱动电压和一定时间的加热电流，而后用小测试电流测试集电极-发射极间电压Vce是否到达与最高结温匹配的Vce。当未达到最高结温时，与该IGBT并联的继电器S保持断开，继续通入加热电流直到下一次通入测试电流进行测试是否达到最高结温。若达到最高结温，进入中断，DSP控制该IGBT并联的继电器S，并断开IGBT的驱动电路，控制风机开通进行散热，仅当测试电流导通的时候，施加给IGBT驱动电压，其余情况都要断开IGBT的驱动，直至到达最低结温控制风机关断，完成一次功率循环老化的过程。
需要说明的是，同时进行多个IGBT老化过程可以有效地减少所用时间。本发明以五个为例，实际上是可以同时进行多个IGBT的老化。在同时为多个IGBT进行老化时，由于每各IGBT在设定的结温范围ΔTj内，所需要的升温降温时间都不是完全一致的。所以在同时对多个IGBT老化时，如图7所示，每个IGBT串联连接，并且给每个IGBT单独并联一个继电器。通过对每个继电器的单独控制来实现IGBT的单独工作。在器件通入加热电流时，并联的继电器S断开。不论IGBT出于加热状态还是散热状态时，当通入小电流测试电流时，并联的继电器S都要断开。在IGBT处在散热过程时，并联的继电器S需要吸合，使其他串联的IGBT可以进行正常的老化过程。另外，在IGBT散热时，需要断开驱动电路，即对于单个IGBT来讲，并联继电器S和驱动信号的动作状态时一致的。并联继电器吸合时IGBT驱动断开，并联继电器S断开则驱动导通IGBT。需要注意的是，每一个IGBT器件，都需要一个单独的风机，因为每个IGBT加热散热的时间都不完全同步，不能做到同步散热。继电器的吸合和断开，由DSP的GPIO口来控制，将GPIO设置为输出口，将输出的控制信号通过功率放大电路，控制继电器。
本发明提供的IGBT可靠性测试的系统，采用DSP数字信号处理器对IGBT驱动PWM波、风机控制继电器、与IGBT并联继电器、检测的VCE采样等进行控制。首先是通过DSP产生PWM波，通过驱动板产生15V的驱动电压，-15V是可靠关断，可以更快的关断器件并且减少损耗。以老化设备同时进行五个IGBT的功率循环老化为例，需要通过DSP提供五路IGBT的驱动信号，和与五个IGBT一一对应的风机的转速控制。因风机的启动停止需要一定的时间，影响老化过程，并且风机频繁的启动和停止会对风机的寿命造成影响。因此在IGBT加热升温时，通过调小驱动风机的PWM波脉宽使风机以较小的转速运行，当IGBT散热时，调节PWM波脉宽变宽是提高风机转速，加速散热过程，提高效率。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种IGBT可靠性测试的控制方法，其特征在于，所述IGBT可靠性测试包括多次重复测试过程，每次测试过程对应的所述IGBT可靠性测试的控制方法包括：
同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
输出测试电流；
采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
2.根据权利要求1所述的IGBT可靠性测试的控制方法，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第一结温Tj未达到设定的最大结温Tjmax，则返回执行同时输出加热电流和测试电流的步骤。
3.根据权利要求1所述的IGBT可靠性测试的控制方法，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括：
若所述第二结温Tj2未达到设定的最小结温Tjmin，则返回执行发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号的步骤。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的IGBT可靠性测试的控制方法，其特征在于，所述集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线通过热敏参数法获得。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的IGBT可靠性测试的控制方法，其特征在于，每个所述IGBT均并联一个继电器，所述IGBT可靠性测试的控制方法还包括在发出启动风机的信号的步骤后进行的：
输出PWM波；
当发出将风机的转速调大的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽增大；
当发出将风机的转速调小的信号时，控制所述PWM波的周期和脉宽减小。
6.一种IGBT可靠性测试的控制装置，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的控制装置包括：
第一输出模块，所述第一输出模块用于同时输出加热电流和测试电流，其中，所述加热电流和所述测试电流的导通形式为互补导通；
第一采集模块，所述第一采集模块用于采集IGBT的集电极与发射极间的第一电压信号Vce1；
第一处理模块，所述第一处理模块用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第一电压信号Vce1对应的第一结温Tj1；
第一判断模块，所述第一判断模块用于判断所述第一结温Tj1是否达到设定的最大结温Tjmax；
中断模块，所述中断模块用于若所述第一结温Tj达到设定的最大结温Tjmax，则发出加热中断信号；
风机启动模块，所述风机启动模块用于发出启动风机的信号，以及发出将风机的转速调大的信号；
第二输出模块，所述第二输出模块用于输出测试电流；
第二采集模块，所述第二采集模块用于采集IGBT的集电极与发射极间的第二电压信号Vce2；
第二处理模块，所述第二处理模块用于根据集电极与发射极间电压信号Vce与结温Tj的关系曲线得到所述第二电压信号Vce2对应的第二结温Tj2；
第二判断模块，所述第二判断模块用于判断所述第二结温Tj2是否达到设定的最小结温Tjmin；
转速调节模块，所述转速调节模块用于若所述第二结温Tj2达到设定的最小结温Tjmin，则发出将风机的转速调小的信号。
7.一种IGBT可靠性测试的系统，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的系统包括权利要求6所述的IGBT可靠性测试的控制装置和IGBT可靠性测试电路，所述IGBT可靠性测试的控制装置与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述IGBT可靠性测试的控制装置能够向所述IGBT可靠性测试电路发出控制信号以控制所述IGBT可靠性测试电路。
8.根据权利要求7所述的可靠性测试的系统，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的控制装置包括DSP控制芯片。
9.根据权利要求8所述的可靠性测试的系统，其特征在于，所述IGBT可靠性测试的系统还包括：模数转换电路、输出控制电路、PWM控制电路和风机，
所述模数转换电路的输入端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述模数转换电路的输出端与所述DSP控制芯片连接，所述模数转换电路用于将采集到的集电极与发射极件的模拟电压信号转换成为数字的第一电压信号或第二电压信号，
所述输出控制电路的输入端与所述DSP控制芯片连接，所述输出控制电路的输出端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述输出控制电路能够根据所述DSP控制芯片输出的控制信号控制所述IGBT可靠性测试电路的继电器的开通和关断，
所述PWM控制电路的输入端与所述DSP控制芯片连接，所述PWM控制电路的输出端与所述IGBT可靠性测试电路连接，所述PWM控制电路能够根据所述DSP控制芯片的控制信号输出PWM波，并能够根据所述DSP控制芯片的控制信号调节所述PWM波的输出周期和脉宽，
所述风机与所述PWM控制电路连接，所述风机能够在所述PWM控制电路的控制下调节转速以能够对所述IGBT可靠性测试电路进行散热。
10.根据权利要求9所述的IGBT可靠性测试的系统，其特征在于，所述IGBT可靠性测试电路包括两个主继电器，其中一个所述主继电器用于控制加热电流的输入，另一个所述主继电器用于控制测试电流的输入，所述IGBT可靠性测试电路还包括多个IGBT，每个IGBT的发射极和集电极之间均并联一个从继电器，且每个IGBT的门极均与所述PWM控制电路连接，所述IGBT在所述PWM控制电路输出的PWM波的驱动下导通。
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Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108594102A (zh) * 2018-04-04 2018-09-28 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 逆导型igbt的间歇寿命试验电路和方法
CN108680848A (zh) * 2018-06-14 2018-10-19 山东阅芯电子科技有限公司 秒级功率循环测试方法及装置
CN109342913A (zh) * 2018-10-23 2019-02-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） Igbt结温监控系统
CN109581179A (zh) * 2018-12-24 2019-04-05 天津城建大学 一种绝缘栅双极晶体管结温测量方法
CN110726921A (zh) * 2019-11-14 2020-01-24 臻驱科技（上海）有限公司 一种igbt模块寿命监测方法
CN111521922A (zh) * 2020-04-03 2020-08-11 中国电子科技集团公司第十三研究所 半导体器件的功率循环试验装置和系统
JP2020176851A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 株式会社クオルテック 半導体試験装置および半導体素子の試験方法。
CN111999629A (zh) * 2020-08-24 2020-11-27 阳光电源股份有限公司 一种igbt模组状态监控方法及装置
CN112327127A (zh) * 2020-10-29 2021-02-05 西安西电电力系统有限公司 集成铂温度传感器的全控型电力电子器件及结温测量方法
CN112327967A (zh) * 2020-10-19 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 一种功率器件的温度控制装置、方法和电器设备
JP2021021721A (ja) * 2019-06-04 2021-02-18 株式会社クオルテック 電気素子試験装置および電気素子の試験方法
CN112946451A (zh) * 2021-02-23 2021-06-11 全球能源互联网研究院有限公司 用于mmc的igbt器件可靠性试验装置、系统及方法
CN113359000A (zh) * 2021-07-27 2021-09-07 上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司 一种在线老化测试装置
CN113820582A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 山东阅芯电子科技有限公司 秒级功率循环试验中试验条件的搜索确定方法
WO2022061863A1 (zh) * 2020-09-28 2022-03-31 罗伯特·博世有限公司 用于评估多芯片模块寿命的评估模块和评估方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636291A (zh) * 2011-02-15 2012-08-15 三一电气有限责任公司 一种igbt结温检测装置及其方法
CN102680819A (zh) * 2012-04-28 2012-09-19 中国科学院电工研究所 电力电子器件的加速寿命测试电路及测试方法
CN104251965A (zh) * 2014-09-24 2014-12-31 河北工业大学 一种igbt动态性能测试装置及其运行方法
CN104360697A (zh) * 2014-09-24 2015-02-18 河北工业大学 一种三相逆变系统igbt模块功率-温度控制及检测装置
CN105301485A (zh) * 2015-07-29 2016-02-03 重庆大学 多igbt快速功率循环加速老化装置
CN105929316A (zh) * 2016-07-10 2016-09-07 北京工业大学 多路igbt结温及热疲劳实时监控系统
CN107024649A (zh) * 2017-05-15 2017-08-08 扬州乔恒电子有限公司 一种igbt模块特性老化装置

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102636291A (zh) * 2011-02-15 2012-08-15 三一电气有限责任公司 一种igbt结温检测装置及其方法
CN102680819A (zh) * 2012-04-28 2012-09-19 中国科学院电工研究所 电力电子器件的加速寿命测试电路及测试方法
CN104251965A (zh) * 2014-09-24 2014-12-31 河北工业大学 一种igbt动态性能测试装置及其运行方法
CN104360697A (zh) * 2014-09-24 2015-02-18 河北工业大学 一种三相逆变系统igbt模块功率-温度控制及检测装置
CN105301485A (zh) * 2015-07-29 2016-02-03 重庆大学 多igbt快速功率循环加速老化装置
CN105929316A (zh) * 2016-07-10 2016-09-07 北京工业大学 多路igbt结温及热疲劳实时监控系统
CN107024649A (zh) * 2017-05-15 2017-08-08 扬州乔恒电子有限公司 一种igbt模块特性老化装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
孙进生等: "《电子产品设计实例教程》", 31 May 2004 *

Cited By (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108594102B (zh) * 2018-04-04 2020-05-22 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 逆导型igbt的间歇寿命试验电路和方法
CN108594102A (zh) * 2018-04-04 2018-09-28 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） 逆导型igbt的间歇寿命试验电路和方法
CN108680848A (zh) * 2018-06-14 2018-10-19 山东阅芯电子科技有限公司 秒级功率循环测试方法及装置
CN109342913A (zh) * 2018-10-23 2019-02-15 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） Igbt结温监控系统
CN109342913B (zh) * 2018-10-23 2021-07-30 中国电子产品可靠性与环境试验研究所（（工业和信息化部电子第五研究所）（中国赛宝实验室）） Igbt结温监控系统
CN109581179A (zh) * 2018-12-24 2019-04-05 天津城建大学 一种绝缘栅双极晶体管结温测量方法
JP2020176851A (ja) * 2019-04-16 2020-10-29 株式会社クオルテック 半導体試験装置および半導体素子の試験方法。
US11994551B2 (en) 2019-06-04 2024-05-28 Qualtec Co., Ltd. Semiconductor component test device and method of testing semiconductor components
JP2021021721A (ja) * 2019-06-04 2021-02-18 株式会社クオルテック 電気素子試験装置および電気素子の試験方法
JP7304074B2 (ja) 2019-06-04 2023-07-06 株式会社クオルテック 半導体素子試験装置
CN110726921A (zh) * 2019-11-14 2020-01-24 臻驱科技（上海）有限公司 一种igbt模块寿命监测方法
CN110726921B (zh) * 2019-11-14 2022-05-31 臻驱科技（上海）有限公司 一种igbt模块寿命监测方法
CN111521922A (zh) * 2020-04-03 2020-08-11 中国电子科技集团公司第十三研究所 半导体器件的功率循环试验装置和系统
CN111999629A (zh) * 2020-08-24 2020-11-27 阳光电源股份有限公司 一种igbt模组状态监控方法及装置
WO2022061863A1 (zh) * 2020-09-28 2022-03-31 罗伯特·博世有限公司 用于评估多芯片模块寿命的评估模块和评估方法
CN112327967A (zh) * 2020-10-19 2021-02-05 珠海格力电器股份有限公司 一种功率器件的温度控制装置、方法和电器设备
CN112327127A (zh) * 2020-10-29 2021-02-05 西安西电电力系统有限公司 集成铂温度传感器的全控型电力电子器件及结温测量方法
CN112946451B (zh) * 2021-02-23 2021-11-02 全球能源互联网研究院有限公司 用于mmc的igbt器件可靠性试验装置、系统及方法
CN112946451A (zh) * 2021-02-23 2021-06-11 全球能源互联网研究院有限公司 用于mmc的igbt器件可靠性试验装置、系统及方法
CN113359000A (zh) * 2021-07-27 2021-09-07 上汽英飞凌汽车功率半导体(上海)有限公司 一种在线老化测试装置
CN113820582A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 山东阅芯电子科技有限公司 秒级功率循环试验中试验条件的搜索确定方法
CN113820582B (zh) * 2021-11-22 2022-02-08 山东阅芯电子科技有限公司 秒级功率循环试验中试验条件的搜索确定方法

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