CN108051721A - 一种基于同轴电阻的igbt可靠性测试方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于同轴电阻的IGBT可靠性测试方法，其特征在于，包括如下步骤，1)选择一IGBT测试电路，所述IGBT测试电路具有输出端，以提供测试电流；2)选择一同轴电阻，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，将被测IGBT的集电极和同轴电阻的输出端连接在IGBT测试电路的输出端；3)给被测IGBT的门极输入PWM脉冲，利用示波器显示同轴电阻两端电压波形，测得同轴电阻两端电压值，将同轴电阻两端电压值除以同轴电阻两电阻计算而得到被测IGBT的集电极电流Ic。
Description
技术领域
本发明属于大容量半导体测试技术领域，尤其涉及一种大容量IGBT的可靠性测试方法及系统。
背景技术
目前以大容量IGBT为代表的全控型功率器件不仅是大功率变流器的核心部件，更是确保变流系统安全可靠运行的基石。而其中行之有效的方法是在确保IGBT芯片结温在安全可控的工作范围内，通过对IGBT实际结温的在线检测，即可做到前提过温保护、降额冷却等有效措施，尽可能地优化高压大功率IGBT模块的应用潜能。而对IGBT的深入研究需要借助IGBT测试电路。了解IGBT实际结温的变化引起那些特性参数变化。
目前热敏感电参数法具有响应快、精度高、可在线测量等优点，极具学术研究与工业应用价值。得到了国内外学者广泛而深入的关注，并取得了一定的研究成果。主流电参数选用IGBT的饱和压降Vce，集电极电流Ic，门极驱动电压Vge。目前IGBT测试电路也主要提取Vce，Ic，Vge等这些参数上来。Vce参数的提取可以直接采用高压有源探头进行测量，如果实验条件允许甚至可以采用高压无源探头来进行测量，实验波形精度会有一些改善。Vge参数的提取可以采用常见的电压探头进行测量。但是集电极电流Ic较大，给测量带来不少问题，一般方法采用电流互感器，罗氏线圈，这样会引入干扰，而且这些传感器延迟比较大，精度比较低，对测试结果影响较大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：大容量IGBT的集电极电流Ic较大，给测量带来不少问题，一般方法采用电流互感器，罗氏线圈，这样会引入干扰，而且这些传感器延迟比较大，精度比较低，对测试结果影响较大。
针对上述IGBT测试方法所存在的问题，本发明提出了基于同轴电阻的IGBT可靠性测试方法，包括如下步骤，1)选择一IGBT测试电路，所述IGBT测试电路具有输出端，以提供稳定的测试电流；
2)选择一同轴电阻，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，将被测IGBT的集电极和同轴电阻的输出端连接在IGBT测试电路的输出端；
3)给被测IGBT的门极输入PWM脉冲，利用示波器显示同轴电阻两端电压波形，测得同轴电阻两端电压值，将同轴电阻两端电压值除以同轴电阻的电阻计算而得到流经被测IGBT的集电极的电流Ic。
一种IGBT可靠性测试系统，包括IGBT测试电路、被测IGBT、同轴电阻和示波器，所述IGBT测试电路包括第一直流源、滤波电容、第一空心电感、第一IGBT和第二直流电源；所述滤波电容的两端与第一直流源的正负极连接，所述第一直流源的正极与第一空心电感的一端、第一IGBT的集电极连接，所述第二直流电源与第一IGBT的门极连接以控制第一IGBT在测试过程中保持关断，所述第一IGBT的发射极与第一空心电感的另一端连接且作为IGBT测试电路的一输出端，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，所述被测IGBT的集电极与IGBT测试电路的一输出端连接，所述第一直流源的负极作为IGBT测试电路的另一输出端，所述同轴电阻的输出端与IGBT测试电路的另一输出端连接，所述示波器与同轴电阻连接以测试同轴电阻的端电压，被测IGBT的门极用于接入外部的PWM脉冲。
进一步地，所述同轴电阻采用T&M Research products Inc公司生产的,型号为1M-2，其具有BNC接口，所述示波器通过带BNC接头的双绞线与同轴电阻的BNC接口连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：将同轴电阻应用到IGBT测试电路中，使示波器测量集电极电流Ic问题转换成示波器容易测量的同轴电阻两端小电压问题，并通过带BNC接口的双绞线将同轴电阻采集的信号传送到示波器进行波形显示分析。且同轴电阻的金属外壳能有效屏蔽外部噪声源，其带宽也远高于电流互感器和罗氏线圈。它的应用不会将干扰引入到测试系统中去，使得示波器采集的波形完整精确，从而提高测量精度，降低了测量延迟时间。
附图说明
图1所示为IGBT测试系统电路结构示意图。
图2所示为同轴电阻结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的内容更加清楚，下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件的表示和描述。
实施例1基于同轴电阻的IGBT可靠性测试方法，包括如下步骤，包括如下步骤，1)选择一IGBT测试电路，所述IGBT测试电路具有输出端，以提供稳定的测试电流；
2)选择一同轴电阻，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，将被测IGBT的集电极和同轴电阻的输出端连接在IGBT测试电路的输出端；
3)给被测IGBT的门极输入PWM脉冲，利用示波器显示同轴电阻两端电压波形，测得同轴电阻两端电压值，将同轴电阻两端电压值除以同轴电阻的电阻计算而得到流经被测IGBT的集电极的电流Ic。
本发明把同轴电阻应用到IGBT测试电路中，使示波器测量集电极电流Ic问题转换成示波器容易测量的同轴电阻小电压问题，并将同轴电阻采集电压信号传送到示波器进行波形显示分析。一般的IGBT测试电路中流过IGBT的集电极与发发射极的电流Ic过大，示波器不易采集，为了提高IGBT测试电路的性能，本发明提出基于的同轴电阻IGBT测试电路应用，同轴电阻的应用不会将干扰引入到测试系统中去，使得示波器采集的波形完整精确。
如图1所示，一种IGBT可靠性测试系统，包括IGBT测试电路、被测IGBT6、同轴电阻7和示波器12，所述IGBT测试电路包括第一直流源1、滤波电容2、第一空心电感3、第一IGBT5和第二直流电源4；所述滤波电容2的两端与第一直流源1的正负极连接，所述第一直流源1的正极与第一空心电感3的一端、第一IGBT5的集电极连接，所述第二直流电源4与第一IGBT5的门极连接以控制第一IGBT5的通断，所述第一IGBT5的射电极与第一空心电感3的另一端连接且作为IGBT测试电路的一输出端，所述同轴电阻7的输入端9与被测IGBT6的射电极串联，所述被测IGBT6的集电极与IGBT测试电路的一输出端连接，所述第一直流源1的负极作为IGBT测试电路的另一输出端，所述同轴电阻7的输出端10与IGBT测试电路的另一输出端连接，所述示波器12与同轴电阻7连接以测试同轴电阻的端电压，被测IGBT6的门极用于接入外部的PWM脉冲，PWM脉冲由脉冲发生器Vg8产生，脉冲发生器Vg8是现有技术，可买到相关产品。
其中，第一直流源1为直流母线电压，属于高压，为整个IGBT测试电路提供测试电压，滤波电容2为吸收电容组Cs，主要吸收在测试IGBT期间过程中产生的毛刺尖峰。第一空心电感3为空心电感，可在被测IGBT导通时蓄能，在被测IGBT关断时与第一IGBT组成续流回路，从而保存电能且可在被测IGBT再次导通时，从IGBT测试电路的输出端流出变化很小的测试电流，第二直流电源给IGBT的门极提供关断电压Ug，脉冲发生器Vg8根据测试需求给出不同的脉冲。同轴电阻，对流过IGBT电流Ic采样。示波器采集Ic流过同轴电阻产生的端电压。
工作过程中，所述IGBT测试电路给被测IGBT集电极提供相对稳定的测试电流，在被测IGBT第一次导通时，第一直流源经滤波后给第一空心电感和被测IGBT供电，被测IGBT流经电流，流经集电极的电流Ic和流经射电极或者同轴电阻的电流相同,电流Ic会随着IGBT门极的电压的升高而逐步升高，直到饱和，此时，被测IGBT第一次关断，流经被测IGBT的电流逐渐减小，直到为零，第一空心电感中的电流经过第一IGBT进行续流，由于第一空心电感较大，储存的能量较多，在续流时，能量变化很小，因此，在被测IGBT第二次导通时，第一空心电感则提供测试电流，且第一直流源继续供电，此时，电流Ic会随着IGBT门极的电压的升高而逐步升高，直到饱和，在被测IGBT第二次关断时，电流Ic会随着IGBT门极的电压的降低而逐步减低，电流Ic从饱和电流开始下降，直到完全关断，整个测试过程中，电流Ic流经同轴电阻，因此，通过测试同轴电阻的电压可算换成电流Ic,从而可了解电流Ic的实际变化过程，尤其是得到被测IGBT第二次关断后的电流Ic的变化率。由于第一直流源为高压电源，流经被测IGBT的电流Ic一般很大，一般方法采用电流互感器，罗氏线圈，这样会引入干扰，而且这些传感器延迟比较大，精度比较低，对测试结果影响较大。而通过引入同轴电阻，且同轴电阻的阻值可取较小值，则同轴电阻的电压也不会很大，可用示波器直接观察到同轴电阻的电压的变化，从而观测到电流Ic的变化。
参考图2，所述同轴电阻的型号为1M-2，其具有BNC接口11，其具有200MHz宽带，阻值0.01Ω，最大焦耳数125J；所述示波器通过带BNC接头的双绞线与同轴电阻的BNC接口11连接。这样的结构可靠。
以上仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (3)
1.基于同轴电阻的IGBT可靠性测试方法，其特征在于，包括如下步骤，1)选择一IGBT测试电路，所述IGBT测试电路具有输出端，以提供稳定的测试电流；
2)选择一同轴电阻，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，将被测IGBT的集电极和同轴电阻的输出端连接在IGBT测试电路的输出端；
3)给被测IGBT的门极输入PWM脉冲，利用示波器显示同轴电阻两端电压波形，测得同轴电阻两端电压值，将同轴电阻两端电压值除以同轴电阻的电阻计算而得到流经被测IGBT的集电极的电流Ic。
2.一种IGBT可靠性测试系统，可实现权利要求1所述的基于同轴电阻的IGBT可靠性测试方法，其特征在于，包括IGBT测试电路、被测IGBT、同轴电阻和示波器，所述IGBT测试电路包括第一直流源、滤波电容、第一空心电感、第一IGBT和第二直流电源；所述滤波电容的两端与第一直流源的正负极连接，所述第一直流源的正极与第一空心电感的一端、第一IGBT的集电极连接，所述第二直流电源与第一IGBT的门极连接以控制第一IGBT在测试过程中保持关断，所述第一IGBT的发射极与第一空心电感的另一端连接且作为IGBT测试电路的一输出端，所述同轴电阻的输入端与被测IGBT的发射极串联，所述被测IGBT的集电极与IGBT测试电路的一输出端连接，所述第一直流源的负极作为IGBT测试电路的另一输出端，所述同轴电阻的输出端与IGBT测试电路的另一输出端连接，所述示波器与同轴电阻连接以测试同轴电阻的端电压，被测IGBT的门极用于接入外部的PWM脉冲。
3.如权利要求2所述的一种IGBT可靠性测试系统，其特征在于，所述同轴电阻采用T&MResearch products Inc公司生产的,型号为1M-2，其具有BNC接口，所述示波器通过带BNC接头的双绞线与同轴电阻的BNC接口连接。
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