CN110780185A - 一种并联均流测试平台及方法和一种金属电极组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种并联均流测试平台及方法和一种金属电极组件。该平台用于IGBT芯片和二极管芯片的并联均流测试；该平台包括现场主控机、高压直流电源、防爆电容器、反向恢复二极管、电抗器、IGBT驱动器、光波信号发生器、罗果夫斯基电流测量线圈组、压接型IGBT器件、示波器组和金属电极组件；IGBT驱动器、反向恢复二极管、压接型IGBT器件和待测芯片按需求连接成被动注入模式或主动开关模式下的测试电路。金属电极组件包括带孔电极板和带插针的电极凸台；通过将插针插入插孔中实现电极凸台与带孔电极板的连接，电极凸台与待测芯片连接。本发明能够根据待测芯片的布局调整电极的布局，适应在不同布局情况下的并联均流测试。

Description

一种并联均流测试平台及方法和一种金属电极组件

技术领域

本发明涉及电气性能测试领域，特别是涉及一种并联均流测试平台及方法和一种金属电极组件。

背景技术

高压大功率的压接型IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)器件具有双面散热、失效短路(Short Circuit Failure Mode，SCFM)、功率密度大、易于串联等特点，在高压直流输电(HighVoltage Direct Current，HVDC)、海上风电和大功率驱动等领域都具有广泛的应用。高坚固性、高可靠性的压接型IGBT器件对功率芯片研发和封装集成技术提出了诸多艰巨挑战，难点之一就是在复杂的电-热-力条件下器件内大量IGBT与快恢复二极管(FRD，Fast Recovery Diode)芯片之间的并联均流问题。仅一个3.3kV/1500A的压接型IGBT器件，就含有并联的50AIGBT子模组30个，FRD子模组14个，器件直径已经超过12cm。事实上，IGBT芯片参数在生产之初便已存在一定分散性，并且与芯片工作时的温度、机械压力之间存在显著的依赖性；而复杂的磁场耦合，又使得44条支路之间的自感与互感参数几乎不可能完全一致。对于电网更青睐的3000A及以上型号的IGBT器件，这些影响因素就使得器件内的并联均流问题显得更为严峻。

参考器件之间的并联均流，IGBT器件内部的芯片(包括IGBT芯片与二极管芯片)之间的并联均流也可以分为静态均流与动态均流。静态均流即指直流或者极低频的电流进入处于通态的IGBT器件时，各芯片支路上的分流特性。动态均流类型更为多样，根据动态电流的来源，又可以分为主动开关和被动注入两种类型。顾名思义，前者是指IGBT主动开通或关断引起电流的快速变化时，器件内部的均流特性；后者是指IGBT已处于通态，外部电路向器件内涌入高频或快速的电流脉冲时的均流特性。

实际上，静态与动态都是相对而言，主动与被动也往往相伴而生。例如，混合式高压直流断路器的电流转移过程，固态开关支路上10kA/ms这一量级的电流上升沿通入IGBT器件时，电流的低频分量可以按照准静态均流分析，但电流中蕴含的高频分量也应评估其动态均流的特性。又如，在第II类短路(Short Circuit II，SCII)模式的早期，通态下的IGBT器件内部瞬间涌入大电流，甚至可以达到10kA/μs这一量级，那么此时器件内部以被动注入模式下的动态均流为主，而在SCII的后期，IGBT开始强制关断短路电流，此时便以主动开关模式下的动态均流为主。

虽然在均流分类上并不绝对，但是影响各类均流的主要因素却各有不同。影响IGBT芯片间静态均流的主要因素是IGBT芯片通态压降Von的差异。考虑到生产工艺，IGBT芯片的通态压降在生产之初便存在一定分散性；而在实际应用中接触电阻和结温的差异也会影响Von；特别是对于压接型IGBT，机械压力也是通态压降的一个重要影响因素。相对而言，影响IGBT器件内的各芯片间动态均流的因素更为复杂，芯片参数固然是主要因素，例如阈值电压、跨导、载流子寿命、极间电容等。但即使芯片参数一致，芯片通流支路的阻抗差异与驱动回路的寄生电感差异同样有可能引起显著的动态不均衡。其中，主动开关模式下的电流分布，同时受到通流支路和驱动回路两部分的寄生电感影响。而被动注入模式下，如果涌入的电流小于该栅压下的退饱和电流，通常栅极电压可以认为是不变的，故而更多的是受到通流支路的寄生电感的影响。

压接型IGBT器件内部各支路间并联均流作为器件研发中的重要课题，在国内外已有很多学者对其开展研究，而在早期的焊接模块的均流研究中相关文献就更多。现有的压接型IGBT器件或焊接模块内部芯片级的并联均流研究基本都是通过提取器件内部封装结构的电磁寄生参数结合芯片的等效电路模型，在电路仿真环境中开展的。所不同的是有些研究专注于通流支路之间的阻抗差异对芯片并联均流的影响，有些研究同时关注通流支路和驱动回路的电磁参数对并联均流的影响，还有些研究进一步考虑了芯片参数差异对并联均流的影响，而且理论上，这种建模方法是同时适用于主动开关或者被动注入模式下的并联均流研究的。但是，这些研究普遍存在的问题就是仿真结果缺乏有效的实验验证。大多数文献都没有开展实验研究，而对于同时开展了建模仿真和实验研究的文献，仿真和实验中也都存在的明显出入，这就使得单一的仿真结果缺乏足够的说服力。

考虑到现有的并联均流研究中实验的缺乏以及模型的局限性，在压接型IGBT器件的研究中开展多种模式下的多芯片并联均流实验研究是不可避免的，相应地搭建压接型IGBT与Diode(二极管)多芯片并联均流测试平台具有重要的学术和工程意义。

针对压接型IGBT器件的多芯片并联均流测试的平台研发，如今已有少量的报道，在压接型IGBT器件的研发中，通常需要对不同的电极结构设计方案和电极空间布置方案开展比较研究和验证性研究。现有的并联均流测试平台的电极结构固定，不能灵活调控电极的空间布置和电极的几何尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种并联均流测试平台及方法和一种金属电极组件，能够根据待测芯片的布局调整电极的布局，适应在不同布局情况下的并联均流测试。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属电极组件，包括：带孔电极板和电极凸台；所述带孔电极板上均匀分布有阵列式排布的插孔；每个所述电极凸台的底部设置有向下延伸的插针；所述插针与所述插孔相匹配；通过将所述插针插入所述插孔中实现所述电极凸台与所述带孔电极板的连接。

一种并联均流测试平台，用于压接型IGBT器件内的IGBT芯片和二极管芯片的并联均流测试；该并联均流测试平台包括：现场主控机、高压直流电源、防爆电容器、反向恢复二极管、电抗器、IGBT驱动器、光波信号发生器、罗果夫斯基电流测量线圈组、压接型IGBT器件、示波器组和上述的金属电极组件；

所述现场主控机的控制输出端与所述高压直流电源的控制输入端连接；所述光波信号发生器的输出端与所述IGBT驱动器的输入端连接；所述电极凸台的布局与多个待测芯片的布局方式相同，保证每个所述待测芯片均与对应的电极凸台连接；所述罗果夫斯基电流测量线圈组中的各个线圈均套在对应的待测芯片上，所述IGBT驱动器的输出端口和各个线圈的引出线均连接到所述示波器组中的示波器接头；

所述高压直流电源的正极依次连接所述防爆电容器的一端和所述反向恢复二极管的负极，所述高压直流电源的负极连接所述防爆电容器的另一端；所述电抗器与所述反向恢复二极管并联；所述待测芯片为IGBT芯片或二极管芯片；当所述待测芯片为IGBT芯片时，所述IGBT芯片的发射极与对应的电极凸台连接，当所述待测芯片为二极管芯片时，所述二极管芯片的负极与对应的电极凸台连接；所述带孔电极板连接到所述高压直流电源的负极；所述高压直流电源的负极接地；

所述现场主控机用于调整所述高压直流电源的电能输出；所述IGBT驱动器用于输出控制IGBT通断的信号；所述光波信号发生器用于对所述IGBT驱动器进行控制；所述罗果夫斯基电流测量线圈组用于测量电流；

当对所述IGBT芯片进行主动开关模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与各所述IGBT芯片的集电极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与各所述IGBT芯片的栅极连接；

当对所述二极管芯片进行被动注入模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与所述压接型IGBT器件的集电极连接，所述压接型IGBT器件的发射极与各所述二极管芯片的正极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与所述压接型IGBT器件的栅极连接；

当对所述IGBT芯片进行被动注入模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与所述压接型IGBT器件的集电极连接，所述压接型IGBT器件的发射极与各所述IGBT芯片的集电极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与所述压接型IGBT器件的栅极连接，各所述IGBT芯片的栅极连接到可调电源的正极，所述可调电源的负极接地。

可选的，该并联均流测试平台还包括远程控制计算机；所述远程控制计算机控制输出端与所述现场主控机的控制输入端连接；所述远程控制计算机用于对所述现场主控机进行远程控制；

所述光波信号发生器通过光纤与所述IGBT驱动器连接，实现对所述IGBT驱动器的远程控制。

可选的，该并联均流测试平台还包括机械施压调平装置；

在主动开关模式下测试时，所述机械施压调平装置用于调平和压接所述待测芯片与所述金属电极组件；

在被动注入模式下测试时，所述机械施压调平装置用于调平和压接所述压接型IGBT器件、所述待测芯片与所述金属电极组件。

可选的，所述机械施压调平装置包括从上之下依次设置的压力机上板、绝缘垫板、金属垫块、上调平板、下调平板和压力机底板；在所述上调平板的底部中央向下凹陷出上凹槽，在所述下调平板的顶部中央向上凹陷出下凹槽；在所述上凹槽与所述下凹槽形成的空间中填充有钢球；所述钢球的直径大于所述上凹槽与所述下凹槽的深度之和，从而使所述上调平板与所述下调平板之间存在间隙；在所述上调平板沿周向均匀开设有多个通孔，在所述下调平板的与各所述通孔相对的位置开设有螺纹孔；在每个所述通孔的底部具有向所述通孔中心的方向延伸的延伸段；在所述通孔内穿设有螺钉；所述螺钉向下延伸至对应的螺纹孔中并与螺纹孔螺纹连接；在所述通孔内设置有压缩弹簧；所述压缩弹簧套在所述螺钉上；所述压缩弹簧的一端顶在所述螺钉的螺帽，另一端顶在所述延伸段；

压接时，待压接元件被放置于所述金属垫块和所述上调平板之间。

一种并联均流测试方法，应用于上述的并联均流测试平台；所述并联均流测试方法包括：

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能，使所述待测芯片的电压值达到所述待测芯片额定电压的预设百分比；

通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出开通信号，使所述电抗器流过电流，当所述电抗器的电感电流达到预设电流值时，通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出关断信号，使所述电抗器与所述反向恢复二极管构成续流回路；

通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出开通信号，使所述电抗器的电感电流流向所述待测芯片；预设时长后，通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出关断信号，使所述电抗器与所述反向恢复二极管构成续流回路；

收集所述示波器组采集的数据并进行处理，得到测试结果。

可选的，在所述通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能之前，还包括：

对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试。

可选的，所述对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试，具体包括：

在无电能输出的情况下控制所述光波信号发生器发出双脉冲光波信号，判断与所述IGBT驱动器的输出端口连接的示波器是否检测到脉冲，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示是，则零电压驱动测试完成；

若所述第一判断结果表示否，则检查与调整电路连接情况并返回步骤“在无电能输出的情况下控制所述光波信号发生器发出双脉冲光波信号”。

可选的，在所述对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试之前，还包括：

对所述并联均流测试平台进行电容充放电测试。

可选的，所述对所述并联均流测试平台进行电容充放电测试，具体包括：

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能从而对所述防爆电容器进行充电；

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源断开对所述防爆电容器的电能供应；

判断所述防爆电容器的电压在预设时间段内的电压跌落量是否小于预设跌落量，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示是，则确定漏电流符合要求，对所述防爆电容器放电；

若所述第二判断结果表示否，则对所述防爆电容器放电，检查与调整电路并返回步骤“通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能从而对所述防爆电容器进行充电”。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明利用带孔电极板和带插针电极凸台构成金属电极组件来实现电极凸台的阵列式排布，可以支持各种形状的电极连接，从而能够根据待测芯片的布局调整电极的布局，适应待测芯片各种布局下的并联均流测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1的金属电极组件的结构图；

图2为本发明实施例1的金属电极组件将电极凸台布局成环形的结构图；

图3为本发明实施例1的金属电极组件将电极凸台布局成矩形阵列的结构图；

图4为本发明实施例2的并联均流测试平台的结构图；

图5为对IGBT芯片进行主动开关模式下的测试时的测试电路结构图；

图6为对二极管芯片进行被动注入模式下的测试时的测试电路结构图；

图7为对IGBT芯片进行被动注入模式下的测试时的测试电路结构图；

图8为本发明实施例2的并联均流测试平台中的机械施压调平装置的结构图；

图9为本发明并联均流测试平台组装与测试流程的流程图；

图10为本发明实施例3的并联均流测试方法的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

该实施例1提供一种金属电极组件。

图1为本发明实施例1的金属电极组件的结构图。

参见图1，该金属电极组件包括：带孔电极板16和电极凸台15；带孔电极板16上均匀分布有阵列式排布的插孔；每个电极凸台15的底部设置有向下延伸的插针；插针与插孔相匹配；通过将插针插入插孔中实现电极凸台15与带孔电极板16的连接。

图2为本发明实施例1的金属电极组件将电极凸台布局成环形的结构图。

图3为本发明实施例1的金属电极组件将电极凸台布局成矩形阵列的结构图。

参见图2和图3，多个电极凸台15可以任意布设成任意形状。且本发明不限于某一种形状的电极凸台15，即多个电极凸台15可为多种形状的电极凸台15。

实施例2：

该实施例2提供一种并联均流测试平台，用于压接型IGBT器件内的IGBT芯片和二极管芯片的并联均流测试。

图4为本发明实施例2的并联均流测试平台的结构图。

参见图4，该并联均流测试平台包括：远程控制计算机1、现场主控机2、高压直流电源3、防爆电容器4、反向恢复二极管5、电抗器6、IGBT驱动器7、光波信号发生器8、机械施压调平装置9、罗果夫斯基电流测量线圈组10、压接型IGBT器件13(该压接型IGBT器件并非待测试的IGBT芯片或二极管芯片所属的器件)、示波器组14和上述的金属电极组件11。

现场主控机2的控制输出端与高压直流电源3的控制输入端连接；光波信号发生器8的输出端与IGBT驱动器7的输入端连接；电极凸台15的布局与多个待测芯片12的布局方式相同，保证每个待测芯片12均与对应的电极凸台15连接；罗果夫斯基电流测量线圈组10中的各个线圈均套在对应的待测芯片12上，IGBT驱动器7的输出端口和各个线圈的引出线均连接到示波器组14中的示波器接头。

高压直流电源3的正极依次连接防爆电容器4的一端和反向恢复二极管5的负极，高压直流电源3的负极连接防爆电容器4的另一端；电抗器6与反向恢复二极管5并联；待测芯片12为IGBT芯片或二极管芯片；当待测芯片12为IGBT芯片时，IGBT芯片的发射极与对应的电极凸台15连接，当待测芯片12为二极管芯片时，二极管芯片的负极与对应的电极凸台15连接；带孔电极板16连接到高压直流电源3的负极；高压直流电源3的负极接地。

现场主控机2用于调整高压直流电源3的电能输出；IGBT驱动器7用于输出控制IGBT通断的信号；光波信号发生器8用于对IGBT驱动器7进行控制；罗果夫斯基电流测量线圈组10用于测量电流。

远程控制计算机1控制输出端与现场主控机2的控制输入端连接；远程控制计算机1用于对现场主控机2进行远程控制。

光波信号发生器8通过光纤与IGBT驱动器7连接，实现对IGBT驱动器7的远程控制。

在主动开关模式下测试时，无需IGBT驱动器7的介入，因此机械施压调平装置9只需调平和压接待测芯片12与金属电极组件11。

在被动注入模式下测试时，机械施压调平装置9用于调平和压接压接型IGBT器件13、待测芯片12与金属电极组件11。

电气系统结构：

该并联均流测试平台中的高压直流电源3、防爆电容器4、反向恢复二极管5、电抗器6、压接型IGBT器件13和待测芯片12构成本并联均流测试平台的电气系统。

图5为对IGBT芯片进行主动开关模式下的测试时的测试电路结构图。

参见图5，图中电感L_load即为电抗器6，二极管FRD即为反向恢复二极管5，V_DC为防爆电容器4。DUT为待测的IGBT芯片。二极管芯片无法进行主动注入，因此主动开关模式下只针对IGBT芯片进行测试。反向恢复二极管5的正极与各IGBT芯片的集电极连接，IGBT驱动器7的输出端口与各IGBT芯片的栅极连接。

图6为对二极管芯片进行被动注入模式下的测试时的测试电路结构图。

参见图6，电感L_load即为电抗器6，二极管FRD即为反向恢复二极管5，V_DC为防爆电容器4，SIGBT即为压接型IGBT器件13。DUT为待测的二极管芯片。反向恢复二极管5的正极与压接型IGBT器件13的集电极连接，压接型IGBT器件13的发射极与各二极管芯片的正极连接，IGBT驱动器7的输出端口与压接型IGBT器件13的栅极连接。

图7为对IGBT芯片进行被动注入模式下的测试时的测试电路结构图。

参见图7，电感L_load即为电抗器6，二极管FRD即为反向恢复二极管5，V_DC为防爆电容器4，SIGBT即为压接型IGBT器件13。DUT为待测的IGBT芯片。反向恢复二极管5的正极与压接型IGBT器件13的集电极连接，压接型IGBT器件13的发射极与各IGBT芯片的集电极连接，IGBT驱动器7的输出端口与压接型IGBT器件13的栅极连接，各IGBT芯片的栅极连接到可调电源的正极，可调电源的负极接地。

本发明的并联均流测试平台可实现以上三种模式下的测试，且三种测试电路均具有较高的安全性能，可保障人员安全。

本发明的并联均流测试平台耐压可达到4.5kV，最大电流容量为3000A。

测量系统：

该并联均流测试平台中的罗果夫斯基电流测量线圈组10、示波器组14和上述实施例1的金属电极组件11构成测量系统。该测量系统负责待测芯片12的电学信号的测量。

考虑到并联均流测试实验中电流支路众多，为了实现高效的电流测量，示波器组14至少包括两台4通道Lecroy示波器(采样率10Ga/s)，罗果夫斯基电流测量线圈组10至少包括4个同一批次的PEM微型罗氏线圈(0-120A)用于芯片支路的电流测量，和一大量程的罗氏线圈(0-1.2kA)用于监测总电流。4个同一批次的PEM微型罗氏线圈分别套在4个边缘待测芯片12上。

本发明所采用的金属电极组件11可以根据待测芯片12的数量和布局灵活改变电极凸台15的数量、尺寸、材料参数和布局，使布局好的待测芯片12放置到金属电极组件11上时可以实现待测芯片12与凸台的一一对应，从而利于多个罗果夫斯基电流测量线圈组10的线圈的套入，实现多支路电流的同时测量。

压力系统：

该并联均流测试平台的压力系统由机械施压调平装置9构成。压力系统负责待测芯片12的钳位力施压，以保证各个待测芯片12实现良好的电气和热接触。

图8为本发明实施例2的并联均流测试平台中的机械施压调平装置的结构图。

参见图8，该机械施压调平装置9包括从上之下依次设置的压力机上板17、绝缘垫板18、金属垫块19、上调平板21、下调平板24和压力机底板25；在上调平板21的底部中央向下凹陷出上凹槽，在下调平板24的顶部中央向上凹陷出下凹槽；在上凹槽与下凹槽形成的空间中填充有钢球23；钢球23的直径大于上凹槽与下凹槽的深度之和，从而使上调平板21与下调平板24之间存在间隙；在上调平板21沿周向均匀开设有多个通孔，在下调平板24的与各通孔相对的位置开设有螺纹孔；在每个通孔的底部具有向通孔中心的方向延伸的延伸段；在通孔内穿设有螺钉；螺钉向下延伸至对应的螺纹孔中并与螺纹孔螺纹连接；在通孔内设置有压缩弹簧22；压缩弹簧22套在螺钉上；压缩弹簧22的一端顶在螺钉的螺帽，另一端顶在延伸段。压接时，待压接元件被放置于金属垫块19和上调平板21之间。待压接元件通过汇流母排26与外界连接。回流母排的一部分与待压接元件共同被压接于金属垫块19和上调平板21之间。

压力机上板17和压力机底板25用于为压力机施压提供受力点。绝缘垫板18用于绝缘。上调平板21可绕钢球进行小角度偏转，实现调平。弹簧22和螺钉用于保证上调平板21的稳定性。

该机械施压调平装置9所采用的压力机为大型伺服数控机械压力机。压力机的压力调节范围为0～50kN，压力控制精度为1％。考虑到1cm²的压接型待测的IGBT芯片或二极管芯片一般需要1.2kN的钳位压力，该机械施压调平装置9可以满足最多40枚这一规格的待测芯片的钳位力要求。

主控系统：

该并联均流测试平台中的远程控制计算机1、现场主控机2、IGBT驱动器7、光波信号发生器8和示波器组14构成主控系统。该主控系统负责并联均流测试平台的电气系统和测量系统的远程控制。

现场主控机2通过上位机软件直接控制高压直流电源3，从而实现电容充放电控制和电容电压调节。远程控制计算机1分别与现场主控机2和示波器组14远程连接，用于实现电容电压的远程控制与监测，并且实现数据远程采集与处理。光波信号发生器8通过光纤控制IGBT驱动器7，从而实现与IGBT驱动器7连接的IGBT器件的开通与关断。调节光波信号发生器8的广播脉冲宽度就可以调节IGBT驱动器7的电压脉宽，从而调节试验电流。

本发明的防爆电容器4为高压大容量防爆电容器，电抗器6为高压电抗器，IGBT驱动器7为高压IGBT驱动器，压接型IGBT器件13为大容量压接型IGBT器件。示波器组14、现场主控机2和光波信号发生器8均支持程控。

图9为本发明并联均流测试平台组装与测试流程的流程图。

参见图9，本发明的并联均流测试平台组装与测试流程如下：

1、芯片筛选：本步骤需要对压接型的待测IGBT芯片和二极管芯片进行筛选，避免在测试前引入失效芯片，同时也对待测的并联芯片的参数分散性进行控制。本步骤属于并联均流测试前的必要准备步骤。

2、电极配置：本步骤需要根据压接型的待测IGBT芯片和二极管芯片在封装时的布局，调控金属电极组件11上的电极凸台15的排列和分布，灵活实现电极的结构、空间布置和电极材料的配置，同时为后续的罗果夫斯基电流测量线圈组10的线圈的套入预留足够的空间。

3、器件组装：在完成芯片筛选和电极配置后，将待测芯片12和金属电极组件11中的电极凸台15一一对应从而组装成待测器件20，以完成待测器件20的准备工作。

4、空载机械调平：本步骤需要在未放置待测器件20时，对机械施压调平装置9进行调试，消除压力机自身的压力不均衡，避免对后续实验的干扰。本步骤属于并联均流测试前的必要准备，需要使用压力系统中的机械施压调平装置9来完成。在本步骤中，需要先移除待压接元件和汇流母排26，再操作压力机，使得压力机上板17下行，施加10kN或10kN以上的钳位压力，进而使上调平板21以钢球23为中心进行偏转，使得上调平板21与金属垫块19实现紧密接触。保持压力施加状态3min以上，即完成空载机械调平。空载机械调平步骤，可以和芯片筛选、电极配置、器件组装同步开展。

5、电流探头植入：本步骤需要将罗果夫斯基电流测量线圈组10植入待测器件20中，以待测器件20内部各支路上(主要是各待测芯片12支路)的电流分布。本步骤属于并联均流测试前的必要准备。在本步骤中，首先需要将步骤3器件组装中已准备完成的待测器件20放置于步骤4中已完成空载机械调平的机械施压调平装置9上；进而将罗果夫斯基电流测量线圈组10的线圈探头套入芯片支路上，并将罗果夫斯基电流测量线圈组10的引线连接至示波器组14上；复查罗果夫斯基电流测量线圈组10的连接，即完成当前步骤。在具体操作中，通常需要对金属电极组件11进行器件内部空间进行局部调整，以方便体积较大的罗果夫斯基电流测量线圈组10的套入。

6、器件装载：本步骤需要完成待测器件20在机械施压调平装置9上(即金属垫块19与上调平板21之间)的安装，而后操作压力机，给压接型IGBT器件13和待测器件20施加足够的钳位压力，并将待测器件20通过汇流母排26连接到电气主回路中。本步骤属于并联均流带电测试前的最后准备步骤。

如果需要开展被动注入模式下多个IGBT芯片的并联均流测试，应依据图7的电路拓扑结构连接电路；如果需要开展被动注入模式下多个二极管芯片的并联均流测试，应选择图6的电路拓扑结构。在被动注入模式下，还应当在施加钳位压力之前将压接型IGBT器件13与待测器件20串联，以叠压的形式安装于机械施压调平装置9上，在施加钳位压力后，将压接型IGBT器件13与待测器件20共同进行钳位压力装载。

如果需要开展主动开关模式下多个IGBT芯片的并联均流测试，应依据图5的电路拓扑结构连接电路。不同于被动注入模式下的并联均流测试，主动开关模式下的电路拓扑中不存在SIGBT元件，故而不需要压接型IGBT器件13，只需要将待测器件20安装于机械施压调平装置9上并操作压力机实现对待测器件20的钳位压力装载即可。

在具体操作中，压力的设置以及电路拓扑的选择，取决于并联芯片支路的总数以及实验的需求。无论是主动开关模式或者是被动注入模式，防爆电容器4、反向恢复二极管5和电抗器6的连接形式是不变的，一般在平台的搭建之初便已完成，但需要在本步骤中加以检查，确保元件连接形式无误。

7、电容充放电测试：本步骤需要通过对防爆电容器4进行充放电测试，以检测高压直流电源3和防爆电容器4是否能正常工作，同时也监测待测器件20是否存在明显的漏电。在本步骤中，首先实现现场主控机2与高压直流电源3的通信，进而通过现场主控机2控制高压直流电源3的输出电压和电流，缓慢地给防爆电容器4充电，然后断开高压直流电源3的电流输出，观察防爆电容器4的端口电压。如果防爆电容器4的端口电压在5min-10min内未出现明显的电压跌落，则说明平台的充放电回路正常工作，而且待测器件20的漏电流符合测试要求，在完成电容充放电测试后可以开展下一步操作；反之，如果防爆电容器4的端口电压在5min-10min内的电压跌落超过90％，则说明平台存在一定的故障，需要终止测试，立刻对防爆电容器4进行放电，而后对平台开展排查，如果是芯片故障，则需要重新开始执行步骤1芯片筛选。电容充放电测试完成后，需要对防爆电容器4进行接地，确保防爆电容器4的电压降为零。

8、零电压驱动测试：本步骤需要完成平台中的IGBT驱动器7与待驱动的IGBT器件(主动开关模式下，待驱动的IGBT器件为待测的IGBT芯片；被动注入模式下待驱动的IGBT器件为压接型IGBT器件13)的连接，以及IGBT驱动器7与光波信号发生器8的调试。

在本步骤中，首先需要根据实验目的，选择合适的驱动连接方式。如果是主动开关模式下的并联均流测试，应将IGBT驱动器7与待测的IGBT芯片的栅极相连接。如果是被动注入模式下的并联均流测试，应将IGBT驱动器7与1压接型IGBT器件13的栅极相连接。进一步，将光波信号发生器8与IGBT驱动器7连接，实现光波信号发生器8对IGBT驱动器7的触发控制。而后将示波器组14与IGBT驱动器7的输出端口相连接，实现IGBT驱动器7输出电压的检测。最后通过控制光波信号发生器8发送双脉冲光波信号，同时观察示波器组14，确保相同脉冲宽度的电压脉冲能得以输出，从而完成本步骤。

9、降额测试：本步骤将在10％的额定电压下开展降额测试，整体调试主控系统、测量系统与电气系统。如果能在10％的额定电压下实现待测器件20内部支路瞬态电流的测量则可进入下一步骤。

10、现场测试：本步骤将在现场开展100％的额定电压下的并联均流测试，实现特定电极设计方案与芯片并联方案下的测试。如果能在100％的额定电压下实现器件内部支路瞬态电流的测量则可进行下一种器件设计方案下的并联均流测试，即回到步骤2电极配置。对于大多的并联均流测试，一般不会出现待测器件20损坏，适合开展现场测试。

11、远程测试：本步骤将在远程开展100％-200％额定电压下的并联均流测试，实现特定电极设计方案与芯片并联方案在极端电气工况下的测试。只有当需要开展100％-200％及以上额定电压的并联均流测试时，才有必要执行本步骤。因为对于部分高电压大电流的并联均流测试，待测器件20存在一定的失效风险，实验具有危险性，为保证实验人员安全，需要进行远程测试。本步骤的实现，在步骤10现场测试所需要的平台设备的基础上，还需要结合远程控制计算机1来实现。具体操作中，应使用远程控制计算机1通过互联网远程控制现场主控机2和示波器组14，从而远程实现平台充放电控制和数据采集。此外，还需要使用长距离光纤，实现光波信号发生器8远距离控制IGBT驱动器7，从而远程控制待驱动的IGBT器件的开通与关断。本步骤中，如果能在100％-200％及以上额定电压下实现器件内部支路瞬态电流的测量，则可进行下一种器件设计方案下的并联均流测试，即回到步骤2电极配置。

降额测试、现场测试和远程测试的具体操作基本一致，主要是额定电压存在明显差异，三者的具体流程如下：

a.示波器设置：将电流探头(罗果夫斯基电流测量线圈组10)和部分辅助的电压探头连接到示波器组14中，设置示波器各个通道参数以及触发参数。

b.电容充电：通过现场主控机2控制高压直流电源3，使高压直流电源3向防爆电容器4充电，使得母排电压达到测试要求。如果是远程测试，则通过远程控制计算机1控制现场主控机2，进而由现场主控机2控制高压直流电源3实现电容充电。

c.第一次脉冲开断：通过光波信号发生器8控制IGBT驱动器7，使IGBT驱动器7开通待驱动的IGBT器件(压接型IGBT器件13或待测的IGBT芯片)，使得电抗器6支路流过电流。当电抗器6的电感电流达到测试要求，通过光波信号发生器8控制IGBT驱动器7，使IGBT驱动器7关断压接型IGBT器件13或待测的IGBT芯片，使得电抗器6与反向恢复二极管5构成续流回路。

d.第二次脉冲开断：通过光波信号发生器8控制IGBT驱动器7，使IGBT驱动器7开通待驱动的IGBT器件(压接型IGBT器件13或待测的IGBT芯片)，使得电感电流迅速向待测器件20所在支路转移，从而实现高电压下的大电流开通。一段持续时间后，通过光波信号发生器8控制IGBT驱动器7，使IGBT驱动器7关断压接型IGBT器件13或待测的IGBT芯片，使得电抗器6再次与反向恢复二极管5构成续流回路，从而实现高电压大电流关断。

e.数据采集：两次脉冲开断过程是连续完成的，可由示波器组14采集电气信息，尤其是电流注入和转移过程中器件内部的电流分布特性。将示波器组14采集的数据加以保存，等待后续处理。

f.电容放电：在完成实验计划中各组并联均流测试后，调控高压直流电源3，开始使电容放电，确保测试结束后母排电压为零。具体操作中，应通过现场主控机2控制高压直流电源3，使高压直流电源3从防爆电容器4吸收电能，使得母排电压降为0。本步骤结束，需要将电容接地，确保电容端口电压为0，保证人员安全。

实施例3：

该实施例3提供一种并联均流测试方法，应用于上述的并联均流测试平台。

图10为本发明实施例3的并联均流测试方法的方法流程图。

参见图10，该并联均流测试方法包括：

步骤301：通过现场主控机控制高压直流电源输出电能，使待测芯片的电压值达到待测芯片额定电压的预设百分比。

步骤302：通过光波信号发生器控制IGBT驱动器发出开通信号，使电抗器流过电流，当电抗器的电感电流达到预设电流值时，通过光波信号发生器控制IGBT驱动器发出关断信号，使电抗器与反向恢复二极管构成续流回路。

步骤303：通过光波信号发生器控制IGBT驱动器发出开通信号，使电抗器的电感电流流向待测芯片；预设时长后，通过光波信号发生器控制IGBT驱动器发出关断信号，使电抗器与反向恢复二极管构成续流回路。

步骤304：收集示波器组采集的数据并进行处理，得到测试结果。

可选的，在步骤301之前，还包括：

对并联均流测试平台进行零电压驱动测试。

可选的，对并联均流测试平台进行零电压驱动测试，具体包括：

在无电能输出的情况下控制光波信号发生器发出双脉冲光波信号，判断与IGBT驱动器的输出端口连接的示波器是否检测到脉冲，得到第一判断结果；

若第一判断结果表示是，则零电压驱动测试完成；

若第一判断结果表示否，则检查与调整电路连接情况并返回步骤“在无电能输出的情况下控制光波信号发生器发出双脉冲光波信号”。

可选的，在对并联均流测试平台进行零电压驱动测试之前，还包括：

对并联均流测试平台进行电容充放电测试。

可选的，对并联均流测试平台进行电容充放电测试，具体包括：

通过现场主控机控制高压直流电源输出电能从而对防爆电容器进行充电；

通过现场主控机控制高压直流电源断开对防爆电容器的电能供应；

判断防爆电容器的电压在预设时间段内的电压跌落量是否小于预设跌落量，得到第二判断结果；

若第二判断结果表示是，则确定漏电流符合要求，对防爆电容器放电；

若第二判断结果表示否，则对防爆电容器放电，检查与调整电路并返回步骤“通过现场主控机控制高压直流电源输出电能从而对防爆电容器进行充电”。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

(A)并联均流模式多样，电路拓扑切换便利，可以安全高效的开展传统的主动开关模式下的并联均流测试，也可以开展被动注入模式下的并联均流测试。该优点的实现，源于本方案对传统的短路均流测试拓扑进行了简化与改进，获得了简易而又安全的被动均流测试拓扑。新提出的被动注入模式的测试拓扑与原有的主动开关模式的测试拓扑极其接近，故而可以在一套测试平台里方便地集成主动开关和被动注入两种模式的电路拓扑。

(B)可以开展极大规模的并联均流测试，并联的测试芯片数目可以超过16枚。该优点的实现，源于本平台集成的组合式电极结构以及多通道高性能的电流测量系统。本平台含有一套定制化的组合式电极结构，可以灵活地调节并联芯片的空间间隔，从而为器件内部布置多个瞬态电流探头(罗果夫斯基电流测量线圈组的线圈)留足空间。本平台的电流测量系统通过电流探头的轮换，可以实现16枚及以上并联芯片的电流测量。

(C)可以灵活开展多种电极结构和电极空间布置下的并联均流测试，不再需要对每一种电极设计方案都进行一体化加工，可以显著提升早期器件研发时产品迭代速率。该优点的实现，源于本平台集成的金属电极组件。该金属电极组件可以灵活的改动电极凸台的数目、位置、角度以及电极凸台的直径和材料参数，早期器件研发时需要评估的各种电极设计方案和芯片布局设计方案，都可以通过该金属电极组件方便快捷的搭建完成，避免对每一种电极设计方案和芯片布局设计方案都进行定制化加工，从而可以加速器件研发速度。

(D)可以通过远程控制计算机直接完成测试中的电压设置和触发脉宽设置，不需要去现场进行手动调节，提升了并联均流测试时的操作效率；现场主控机和示波器组都支持远程控制，对于危险性较大的测试可以通过互联网远距离实现平台控制和测试数据的采集与处理，极大保障了人员安全。该优点的实现，源于该平台所配置的可程控的高压直流电源、光波信号发生系统和示波器组。可程控的高压直流电源系统，可以通过电脑实现通信与控制，实现远距离的平台充放电控制与直流电压设置，此外也具备平台母线电压检测的功能。可程控的光波信号发生器，可以灵活快捷地设置所需要输出的光波脉冲信号，灵活调节光波脉冲的宽度，通过连接光纤，可以在远距离实现对IGBT驱动器的触发控制。可程控的示波器组包含两台高性能的4通道示波器，该型号示波器自带Windows操作系统，可以通过互联网实现远程的操作，包括信号采集和就地计算。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种金属电极组件，其特征在于，包括：带孔电极板和电极凸台；所述带孔电极板上均匀分布有阵列式排布的插孔；每个所述电极凸台的底部设置有向下延伸的插针；所述插针与所述插孔相匹配；通过将所述插针插入所述插孔中实现所述电极凸台与所述带孔电极板的连接。

2.一种并联均流测试平台，用于压接型IGBT器件内的IGBT芯片和二极管芯片的并联均流测试；其特征在于，该并联均流测试平台包括：现场主控机、高压直流电源、防爆电容器、反向恢复二极管、电抗器、IGBT驱动器、光波信号发生器、罗果夫斯基电流测量线圈组、压接型IGBT器件、示波器组和如权利要求1所述的金属电极组件；

所述现场主控机的控制输出端与所述高压直流电源的控制输入端连接；所述光波信号发生器的输出端与所述IGBT驱动器的输入端连接；所述电极凸台的布局与多个待测芯片的布局方式相同，保证每个所述待测芯片均与对应的电极凸台连接；所述罗果夫斯基电流测量线圈组中的各个线圈均套在对应的待测芯片上，所述IGBT驱动器的输出端口和各个线圈的引出线均连接到所述示波器组中的示波器接头；

所述高压直流电源的正极依次连接所述防爆电容器的一端和所述反向恢复二极管的负极，所述高压直流电源的负极连接所述防爆电容器的另一端；所述电抗器与所述反向恢复二极管并联；所述待测芯片为IGBT芯片或二极管芯片；当所述待测芯片为IGBT芯片时，所述IGBT芯片的发射极与对应的电极凸台连接，当所述待测芯片为二极管芯片时，所述二极管芯片的负极与对应的电极凸台连接；所述带孔电极板连接到所述高压直流电源的负极；所述高压直流电源的负极接地；

所述现场主控机用于调整所述高压直流电源的电能输出；所述IGBT驱动器用于输出控制IGBT通断的信号；所述光波信号发生器用于对所述IGBT驱动器进行控制；所述罗果夫斯基电流测量线圈组用于测量电流；

当对所述IGBT芯片进行主动开关模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与各所述IGBT芯片的集电极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与各所述IGBT芯片的栅极连接；

当对所述二极管芯片进行被动注入模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与所述压接型IGBT器件的集电极连接，所述压接型IGBT器件的发射极与各所述二极管芯片的正极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与所述压接型IGBT器件的栅极连接；

当对所述IGBT芯片进行被动注入模式下的测试时，所述反向恢复二极管的正极与所述压接型IGBT器件的集电极连接，所述压接型IGBT器件的发射极与各所述IGBT芯片的集电极连接，所述IGBT驱动器的输出端口与所述压接型IGBT器件的栅极连接，各所述IGBT芯片的栅极连接到可调电源的正极，所述可调电源的负极接地。

3.根据权利要求2所述的并联均流测试平台，其特征在于，还包括远程控制计算机；所述远程控制计算机控制输出端与所述现场主控机的控制输入端连接；所述远程控制计算机用于对所述现场主控机进行远程控制；

所述光波信号发生器通过光纤与所述IGBT驱动器连接，实现对所述IGBT驱动器的远程控制。

4.根据权利要求2所述的并联均流测试平台，其特征在于，还包括机械施压调平装置；

在主动开关模式下测试时，所述机械施压调平装置用于调平和压接所述待测芯片与所述金属电极组件；

在被动注入模式下测试时，所述机械施压调平装置用于调平和压接所述压接型IGBT器件、所述待测芯片与所述金属电极组件。

5.根据权利要求4所述的并联均流测试平台，其特征在于，所述机械施压调平装置包括从上之下依次设置的压力机上板、绝缘垫板、金属垫块、上调平板、下调平板和压力机底板；在所述上调平板的底部中央向下凹陷出上凹槽，在所述下调平板的顶部中央向上凹陷出下凹槽；在所述上凹槽与所述下凹槽形成的空间中填充有钢球；所述钢球的直径大于所述上凹槽与所述下凹槽的深度之和，从而使所述上调平板与所述下调平板之间存在间隙；在所述上调平板沿周向均匀开设有多个通孔，在所述下调平板的与各所述通孔相对的位置开设有螺纹孔；在每个所述通孔的底部具有向所述通孔中心的方向延伸的延伸段；在所述通孔内穿设有螺钉；所述螺钉向下延伸至对应的螺纹孔中并与螺纹孔螺纹连接；在所述通孔内设置有压缩弹簧；所述压缩弹簧套在所述螺钉上；所述压缩弹簧的一端顶在所述螺钉的螺帽，另一端顶在所述延伸段；

压接时，待压接元件被放置于所述金属垫块和所述上调平板之间。

6.一种并联均流测试方法，应用于如权利要求2-5中任意一项所述的并联均流测试平台；其特征在于，所述并联均流测试方法包括：

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能，使所述待测芯片的电压值达到所述待测芯片额定电压的预设百分比；

通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出开通信号，使所述电抗器流过电流，当所述电抗器的电感电流达到预设电流值时，通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出关断信号，使所述电抗器与所述反向恢复二极管构成续流回路；

通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出开通信号，使所述电抗器的电感电流流向所述待测芯片；预设时长后，通过所述光波信号发生器控制所述IGBT驱动器发出关断信号，使所述电抗器与所述反向恢复二极管构成续流回路；

收集所述示波器组采集的数据并进行处理，得到测试结果。

7.根据权利要求6所述的并联均流测试方法，其特征在于，在所述通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能之前，还包括：

对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试。

8.根据权利要求7所述的并联均流测试方法，其特征在于，所述对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试，具体包括：

在无电能输出的情况下控制所述光波信号发生器发出双脉冲光波信号，判断与所述IGBT驱动器的输出端口连接的示波器是否检测到脉冲，得到第一判断结果；

若所述第一判断结果表示是，则零电压驱动测试完成；

若所述第一判断结果表示否，则检查与调整电路连接情况并返回步骤“在无电能输出的情况下控制所述光波信号发生器发出双脉冲光波信号”。

9.根据权利要求7所述的并联均流测试方法，其特征在于，在所述对所述并联均流测试平台进行零电压驱动测试之前，还包括：

对所述并联均流测试平台进行电容充放电测试。

10.根据权利要求9所述的并联均流测试方法，其特征在于，所述对所述并联均流测试平台进行电容充放电测试，具体包括：

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能从而对所述防爆电容器进行充电；

通过所述现场主控机控制所述高压直流电源断开对所述防爆电容器的电能供应；

判断所述防爆电容器的电压在预设时间段内的电压跌落量是否小于预设跌落量，得到第二判断结果；

若所述第二判断结果表示是，则确定漏电流符合要求，对所述防爆电容器放电；

若所述第二判断结果表示否，则对所述防爆电容器放电，检查与调整电路并返回步骤“通过所述现场主控机控制所述高压直流电源输出电能从而对所述防爆电容器进行充电”。

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