CN111239576B - 基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 - Google Patents
基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111239576B CN111239576B CN201811445962.2A CN201811445962A CN111239576B CN 111239576 B CN111239576 B CN 111239576B CN 201811445962 A CN201811445962 A CN 201811445962A CN 111239576 B CN111239576 B CN 111239576B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- power device
- tested
- semiconductor power
- time
- constant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2601—Apparatus or methods therefor
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
- G01R31/2607—Circuits therefor
- G01R31/2608—Circuits therefor for testing bipolar transistors
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法，该恒定功率循环测试电路包括恒流源、第一和第二待测半导体功率器件、第一和第二驱动单元、第一和第二温控单元、电压测量与存储单元。本发明还提供了基于该恒定功率循环测试电路的测试方法。本发明的恒定功率循环测试电路和测试方法可以使待测功率器件的结温度摆幅仅与导通时间成单一的正比例关系，简化了功率循环测试的控制方法，消除了待测功率器件在长期功率循环测试当中结温度不可精确控制的问题。
Description
技术领域
本发明涉及半导体功率器件的测试技术领域，尤其涉及一种基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法。
背景技术
以绝缘栅双极性晶体管(Insulate-Gate Bipolar Transistor—IGBT)为代表的半导体功率器件被广泛应用于轨道交通、直流输电、新能源发电、电动汽车等电能变换领域。由于半导体功率器件是电力变换装置中最为核心的部件，因此其可靠性在电力变换装置的设计与应用环节中尤为重要。功率循环测试是考察功率器件封装可靠性最为广泛使用的方法。在标准的功率循环测试方法中，功率器件内部的半导体芯片以极低的开关频率交替地工作在导通/关断状态之中。利用功率芯片的导通损耗加热芯片本身及铝绑定线等封装内部的各连接部件，迫使器件封装内部的不同材料在秒级时间尺度之内处于大幅度的高低温转换与循环之中，以此来考察不同的热-机应力对器件内部不同材料和不同材料间连接部位的老化速率影响与热-机疲劳损伤机理。通过对器件的老化速率与热-机疲劳损伤机理的分析，来评估功率器件的可靠性程度及构建寿命预测模型。
在常规的功率循环测试当中，为了在秒级时间尺度之内产生巨大的结温度摆幅来满足测试条件要求，半导体功率芯片需要在秒级的时间尺度之内通入特定幅值的电流，以此来产生所需的导通功率损耗。同时，为了考察不同结温度摆幅对功率器件封装老化程度的影响，需要即时改变通入电流的幅值来调整所需要的结温度摆幅。
上述方案的不足之处在于：由于双极性功率器件的静态输出特性曲线通常存在正温度系数与负温度系数两个区间，因此当选择处于不同正负温度系数区间的负载电流对待测功率器件进行测试时，待测器件在特定的秒级时间内的导通功率损耗将出现完全相反的趋势变化，随即，所产生的热-机应力也随着导通功率趋势的变化而变化。这种非预期的热-机应力会影响长期功率循环的最终测试结果及后续的失效分析。
图1显示了双极性功率器件在不同温度情况下的静态输出特性曲线图。当负载电流选择在正温度系数区间当中，集电极至发射极的电压Vce将会随着结温度的上升而增加。因此，当功率循环测试系统采用恒定电流源供电方式工作时，功率器件的导通功率损耗亦将随着温度的上升而上升。相反，当负载电流选择在负温度系数区间当中时，集电极至发射极的电压Vce将会随着结温度的上升而降低。因此，当功率循环测试系统以恒定电流源供电方式工作时，功率器件的导通功率损耗亦将随着温度的上升而降低。
此外，由于加热功率并不恒定，导致结温度变化同时受到导通时间与加热功率的影响，因此在功率循环测试当中需要对结温度变化的信息进行实时检测。目前，在常规的标准测试法当中，普遍采用的是小电流注入法对待测功率器件的结温度摆幅进行实时监控。该方法的不足之处在于需要附加小电流注入电路，并且基于小电流的温度敏感参数法需要做不同温度条件下的校正工作。
因此，亟需提出一种可以在功率循环测试中，可以精确控制待测功率器件结温的测试电路和测试方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法。
本发明采用的技术方案的基本构思如下：
本发明提供一种基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路，其特征在于，包括恒流源、第一待测半导体功率器件、第二待测半导体功率器件、第一驱动单元、第二驱动单元、第一温控单元、第二温控单元、电压测量与存储单元，其中：
所述第一和第二待测半导体功率器件的输入端分别与所述恒流源的正极连接，所述第一和第二待测半导体功率器件的输出端分别与所述恒流源的负极连接，
所述第一和第二驱动单元分别连接在所述第一和第二待测半导体功率器件的控制端与所述恒流源的负极之间，分别用于切换所述第一和第二待测半导体功率器件的工作状态，从而控制电流在所述第一和第二待测半导体功率器件之间换流；
所述第一和第二温控单元用于控制所述第一和第二待测半导体功率器件的环境温度；
所述电压测量与存储单元的一端连接所述第一和第二待测半导体功率器件的输入端，所述电压测量与存储单元的另一端连接所述第一和第二待测半导体功率器件的输出端，用于测量与存储所述第一和第二待测半导体功率器件各自输入端与输出端之间的电压。
根据本发明的实施例，所述第一与第二待测半导体功率器件为性能参数相同的半导体功率器件。
根据本发明的实施例，所述第一和第二待测半导体功率器件均为双极性功率开关管。
根据本发明的实施例，所述第一和第二待测半导体功率器件均为自带反并联二极管的双极性功率开关管。
根据本发明的实施例，所述双极性功率开关管为IGBT、BJT或GTO。
根据本发明的实施例，所述温控单元是恒温控制装置。
根据本发明的实施例，所述恒温控制装置包括加热板、温度传感器和温控仪。
本发明还提供一种基于上述的恒定功率循环测试电路的恒定功率循环测试方法，包括：
S10，建立待测半导体功率器件的时间结温单一关系模型；
其中，Tj为结温度，Tc为待测半导体功率器件的壳温度，ton为待测半导体功率器件的导通时间，Ri为待测半导体功率器件内部各层不同材料的热阻，τi为器件内部各层不同材料的热时间常数，Icex为待测半导体功率器件的正温度系数区与负温度系数区交点处所对应的集电极交点电流值，Vcex为与Icex对应的集电极电压，n为器件内部各层材料所代表的热阻个数；
S20，基于所述时间结温单一关系模型，根据结温度摆幅ΔTj(Tj-Tc)的测试要求，计算出测试所需的导通时间ton；
S30，对两个待测半导体功率器件均实施功率循环测试，其中：
对于第一待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t11至第二时刻t12的时间段内保持导通，在第二时刻t12至第三时刻t13的时间段内保持关断；对于第二待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t21至第二时刻t22的时间段内保持导通，在第二时刻t22至第三时刻t23的时间段内保持关断；其中，第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21位于第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t11与第二时刻t12的时间段内，并且第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第二时刻t12和第三时刻t13位于第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21与第二时刻t22的时间段内，使得第一待测半导体功率器件与第二待测半导体功率器件在每轮测试中有同时导通的交叠时间段，并使得每轮测试中第一和第二待测半导体功率器件中仅有一个导通的时间段等于步骤S20确定的导通时间ton，其中所述交叠时间段比所述导通时间ton低至少一个量级；
在每轮测试中，在第一/第二待测半导体功率器件单独导通的时间段，测量并存储所述第一/第二待测半导体功率器件的输入端与输出端之间的电压Vce1/Vce2。
根据本发明的实施例，所述导通时间为秒级，所述交叠导通时间为毫秒级。
根据本发明的实施例，所述测试方法还包括：
根据电压增量Vce1-Vcex分析第一待测半导体功率器件内部寄生电阻的变化情况；
根据电压增量Vce2-Vcex分析第二待测半导体功率器件内部寄生电阻的变化情况。
采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果。
本发明可以使待测功率器件的结温度摆幅仅与导通时间成单一的正比例关系，简化了功率循环测试的控制方法，消除了待测功率器件在长期功率循环测试当中结温度不可精确控制的问题。
附图说明
附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
图1是双极性功率器件随温度变化的静态特性输出曲线示意图；
图2是根据本发明实施例一的恒定功率循环测试电路的组成示意图；
图3是根据本发明实施例二的恒定功率循环测试方法的工作流程图；
图4是图3所示的恒定功率循环测试方法中第一和第二驱动单元的控制时序图。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
图2示出了实施例一的恒定功率循环测试电路的组成示意图。如图2所示，该电路主要包括恒流源Idc、第一待测半导体功率器件S1、第二待测半导体功率器件S2、第一驱动单元QD1、第二驱动单元QD2、第一温控单元T1、第二温控单元T2、电压测量与存储单元UM。其中：
第一待测半导体功率器件S1的输入端和输出端分别与恒流源Idc的正极和负极连接，第二待测半导体功率器件S2的输入端和输出端分别与恒流源Idc的正极和负极连接，以从恒流源Idc接收电流。
第一驱动单元QD1连接在第一待测半导体功率器件S1的控制端和恒流源Idc的负极之间，用于为第一待测半导体功率器件S1的控制端提供开关控制信号，以控制第一待测半导体功率器件S1在导通/关断状态之间进行切换。
第二驱动单元QD2连接在第二待测半导体功率器件S2的控制端和恒流源Idc的负极之间，用于为第二待测半导体功率器件S2控制端提供开关控制信号，进而控制第二待测半导体功率器件S2在导通/关断状态之间进行切换。
利用第一驱动单元QD1对第一待测半导体功率器件S1的导通/关断状态进行控制，以及利用第二驱动单元QD2对第二待测半导体功率器件S1的导通/关断状态进行控制，可以实现电流在第一待测半导体功率器件S1和第二待测半导体功率器件S2之间的换流。
第一温控单元T1用于控制第一待测半导体功率器件S1的环境温度，第二温控单元T2用于控制第二待测半导体功率器件S2的环境温度。所述第一和第二温控单元T1和T2可以是温控加热板，也可以是包括加热板、温度传感器和温控仪的恒温控制装置。
电压测量与存储单元UM的一端连接第一待测半导体功率器件S1的输入端和第二待测半导体功率器件S2的输入端，电压测量与存储单元UM的另一端连接第一待测半导体功率器件S1和第二待测半导体功率器件S2的输出端，用于测量与存储第一待测半导体功率器件S1的输入端与输出端之间的电压或第二待测半导体功率器件S2的输入端与输出端之间的电压。在本实施例中，电压测量与存储单元UM可以是LECROY HD6104-MS示波器，利用其内部自带的运算与存储功能，对测试过程中的第一待测半导体功率器件S1或第一待测半导体功率器件S1的集电极电压波形进行实时测量、分析以及存储等操作。
应当说明的是，第一待测半导体功率器件S1和第二待测半导体功率器件S2可以为性能参数完全相同的两个半导体功率器件。例如，第一待测半导体功率器件S1和第二待测半导体功率器件S2均为双极性功率开关管，例如IGBT、BJT或GTO。更进一步地，第一待测半导体功率器件S1和第二待测半导体功率器件S2可以是自带反并联二极管的双极性功率开关管。
实施例二
如图3所示，本实施例还提供了一种基于上述恒定功率循环测试电路的恒定功率循环测试方法，该方法包括以下步骤：
S10，建立待测半导体功率器件的时间结温单一关系模型。
根据待测器件数据手册或者使用静态参数测试仪器，确定被测半导体功率器件S1和S2在不同温度条件下的静态输出特性曲线，并提取出正温度系数区与负温度系数区的交点位置，同时记录下正温度系数区与负温度系数区交点处所对应的集电极交点电流值Icex以及Icex电流所对应的集电极电压Vcex。随即，根据器件数据手册所提供的热阻抗相关参数(Ri为热阻，τi为热时间常数)，建立以下结温-导通时间的等式方程：
其中，Tj为结温度，Tc为待测半导体功率器件的壳温度，ton为待测半导体功率器件的导通时间，Ri为待测半导体功率器件内部各层不同材料的热阻，τi为器件内部各层不同材料的热时间常数，Icex为待测半导体功率器件的正温度系数区与负温度系数区交点处所对应的集电极交点电流值，Vcex为与Icex对应的集电极电压，n为器件内部各层材料所代表的热阻个数；
在上述关系式中，Tc是由温控单元控制的固定值，Icex与Vcex是不受结温度变化而影响的器件电气参数，即在功率循环测试中是固定值，Ri与τi是待测器件热特性相关参数，可以从数据手册直接获取。因此，在上述关系式中，结温度Tj的变化只与导通时间ton有关，并且两者为单调正相关性的关系。
S20，基于步骤S10建立的导通时间-结温单一关系模型，根据结温度摆幅ΔTj(Tj-Tc)的测试要求，计算出测试所需的导通时间ton。
当没有电流注入器件时，器件结温度等于壳温Tc，并且等于外部温控单元所设定的温度。当开始向器件注入电流时，器件结温度开始上升，并且随着导通时间ton的增加而增加。因此，可以根据结温度摆幅ΔTj(Tj-Tc)的测试需求，根据步骤S10的公式计算出测试所需要的导通时间ton。由于芯片的电压降与结温度的变化无关，因此芯片的导通损耗P只与其导通时间ton呈一阶线性关系。
S30，对两个待测半导体功率器件实施功率循环测试。
在该步骤中，主要基于如图4所示第一和第二驱动单元QD1和QD2的控制时序图控制第一功率开关管S1和第一功率开关管S2相继导通/截止，以对第一功率开关管S1和第一功率开关管S2两端的电压分别进行反复测量，实现功率循环测试。
首先，将所述直流恒流源Idc的输出电流值设定至图1所示的集电极交点电流值Icex。
然后，在t1至t2时间段内，控制第一功率开关管S1在t1时刻导通，保持第二功率开关管S2关断状态，使得所述直流恒流源Idc向第一功率开关管S1注入恒定电流Icex。此时，流经第一功率开关管S1的集电极电流使得所述直流恒流源Idc提供并维持。同时，在t1至t2时间段内，测量并存储第一功率开关管S1的功率集电极至辅助发射极之间的电压Vce1。由于恒流源的输出电流始终控制在正负温度系数区域的交点处，所以待测功率器件的压降不仅不随结温度变化，而且还始终保持在Vcex水平。因此，通过实时检测并记录的功率集电极至辅助发射极之间的电压Vce1，确定电压增加量ΔVce1＝Vce1-Vcex，该电压增量归结为器件封装内部寄生电阻的增加。其中，t1至t2的时长等于步骤S20所确定的导通时间ton。
在t2至t3时间段内，控制第二功率开关管S2在t2时刻导通，并且使得第一功率开关管S1和第二功率开关管S2同时保持导通状态，使得所述直流恒流源Idc同时向第一功率开关管S1和第二功率开关管S2注入恒定电流Icex。此时，流经第一功率开关管S1的集电极电流与第二功率开关管S2的集电极电流同时使得所述直流恒流源Idc提供并维持。t2至t3这段交叠导通的时间段主要是用于协助电流从开关管S1换流至开关管S2。由于功率开关器件的开关速度通常在几百纳秒至几十微秒之间，因此在本实施例中，t1至t2的持续时间控制为秒级，相应地，t2至t3这段交叠导通的时间段仅需控制在几个毫秒内即可，以确保交接的开关管能够顺利开通并开始承载电流。
在t3至t4时间段内，控制第一功率开关管S1在t3时刻关断，保持第二功率开关管S2导通状态，以使在t1至t2时间段内流经第一功率开关管S1的电流完全换流至第二功率开关管S2，此时，所述集电极交点电流值Icex完全流经第二功率开关管S2。同时，在t3至t4时间段内，测量并存储第二功率开关管S2的功率集电极至辅助发射极之间的电压Vce2。由于恒流源输出电流始终控制在正负温度系数区域的交点处Icex，所以待测功率芯片的压降不仅不随结温度变化，同时还始终维持在Vcex水平。因此，通过实时检测并记录的功率集电极至辅助发射极之间的电压Vce2，确定电压增加量ΔVce2＝Vce2-Vcex，该电压增加量归结为器件封装内部寄生电阻的增加。其中，t3至t4的时长也等于步骤S20所确定的导通时间ton。
在t4至t5时间段内，控制第一功率开关管S1在t4时刻导通，并且使得第一功率开关管S1和第二功率开关管S2同时保持导通状态，使得所述直流恒流源Idc同时向第一功率开关管S1和第二功率开关管S2注入恒定电流Icex。此时，流经第一功率开关管S1的集电极电流和第二功率开关管S2的集电极电流同时使得所述直流恒流源Idc提供并维持。同样地，t4至t5这段交叠导通的时间段仅需要控制在几个毫秒即可，用于协助电流从开关管S2换流至开关管S1。
在t5至t6时间段内，控制第二功率开关管S2在t5时刻关断，并且保持第一功率开关管S1导通状态......同时，在t5至t6时间段内，测量并存储第一功率开关管S1的功率集电极至辅助发射极之间的电压Vce 1......
在t6至t7时间段内，控制第二功率开关管S2在t6时刻导通，并且使得第一功率开关管S1和第二功率开关管S2同时保持导通状态......
如此反复......即可反复测量记录第一功率开关管S1和第二功率开关管S2两端的电压，实现功率循环测试。
实际上，上述过程可以看作是第一功率开关管S1和第二功率开关管S2相继交叠地进行各自的功率循环测试的过程。其中，第一功率开关管S1以t1至t4为测试周期进行功率循环测试，第二功率开关管S2以t2至t6为测试周期进行功率循环测试。
相应地，上述过程可以换一种角度进行描述：
对于第一待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t11(即图4所示的t1)至第二时刻t12(即图4所示的t3)的时间段内保持导通，在第二时刻t12(即图4所示的t3)至第三时刻t13(即图4所示的t4)的时间段内保持关断；
对于第二待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t21(即图4所示的t2)至第二时刻t22(即图4所示的t5)的时间段内保持导通，在第二时刻t22(即图4所示的t5)至第三时刻t23(即图4所示的t6)的时间段内保持关断；
其中，第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21(即图4所示的t2)位于第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t11(即图4所示的t1)与第二时刻t12(即图4所示的t3)的时间段内，并且第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第二时刻t12(即图4所示的t3)和第三时刻t13(即图4所示的t4)位于第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21(即图4所示的t2)与第二时刻t22(即图4所示的t5)的时间段内，使得第一待测半导体功率器件与第二待测半导体功率器件在每轮测试中有同时导通的交叠时间段(如图4所示的t2至t3和t4至t5)，并使得每轮测试中第一和第二待测半导体功率器件中仅有一个导通的时间段(如图4所示的t1至t2和t3至t4)等于步骤S20确定的导通时间ton，其中所述交叠时间段比所述导通时间ton低至少一个量级；
在每轮测试中，在第一或第二待测半导体功率器件单独导通的时间段(如图4所示的t1至t2和t3至t4)，测量并存储单独导通的第一/第二待测半导体功率器件的输入端与输出端之间的电压Vce1/Vce2。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (9)
1.一种基于恒定功率循环测试电路的恒定功率循环测试方法，其特征在于，包括：
S10，建立待测半导体功率器件的时间结温单一关系模型；
其中，Tj为结温度，Tc为待测半导体功率器件的壳温度，ton为待测半导体功率器件的导通时间，Ri为待测半导体功率器件内部各层不同材料的热阻，τi为各层不同材料的热时间常数，Icex为待测半导体功率器件的正温度系数区与负温度系数区交点处所对应的集电极交点电流值，Vcex为与Icex对应的集电极电压，n为器件内部各层材料所代表的热阻个数；
S20，基于所述时间结温单一关系模型，根据结温度摆幅ΔTj(Tj-Tc)的测试要求，计算出测试所需的导通时间ton；
S30，对两个待测半导体功率器件均实施功率循环测试，其中：
对于第一待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t11至第二时刻t12的时间段内保持导通，在第二时刻t12至第三时刻t13的时间段内保持关断；对于第二待测半导体功率器件，使其在其每轮测试中的第一时刻t21至第二时刻t22的时间段内保持导通，在第二时刻t22至第三时刻t23的时间段内保持关断；其中，第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21位于第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t11与第二时刻t12的时间段内，并且第一待测半导体功率器件的每轮测试中的第二时刻t12和第三时刻t13位于第二待测半导体功率器件的每轮测试中的第一时刻t21与第二时刻t22的时间段内，使得第一待测半导体功率器件与第二待测半导体功率器件在每轮测试中有同时导通的交叠时间段，并使得每轮测试中第一和第二待测半导体功率器件中仅有一个导通的时间段等于步骤S20确定的导通时间ton，其中所述交叠时间段比所述导通时间ton低至少一个量级；
在每轮测试中，在第一待测半导体功率器件单独导通的时间段，测量并存储所述第一待测半导体功率器件的输入端与输出端之间的电压Vce1；在第二待测半导体功率器件单独导通的时间段，测量并存储所述第二待测半导体功率器件的输入端与输出端之间的电压Vce2；
所述恒定功率循环测试电路包括恒流源、第一待测半导体功率器件、第二待测半导体功率器件、第一驱动单元、第二驱动单元、第一温控单元、第二温控单元、电压测量与存储单元，其中：
所述第一和第二待测半导体功率器件的输入端分别与所述恒流源的正极连接，所述第一和第二待测半导体功率器件的输出端分别与所述恒流源的负极连接，
所述第一和第二驱动单元分别连接在所述第一和第二待测半导体功率器件的控制端与所述恒流源的负极之间，分别用于切换所述第一和第二待测半导体功率器件的工作状态，从而控制电流在所述第一和第二待测半导体功率器件之间换流；
所述第一和第二温控单元用于控制所述第一和第二待测半导体功率器件的环境温度；
所述电压测量与存储单元的一端连接所述第一和第二待测半导体功率器件的输入端，所述电压测量与存储单元的另一端连接所述第一和第二待测半导体功率器件的输出端，用于测量与存储所述第一和第二待测半导体功率器件各自输入端与输出端之间的电压。
2.根据权利要求1所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述导通时间为秒级，所述交叠时间段为毫秒级。
3.根据权利要求1或2所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：
根据电压增量Vce1-Vcex分析第一待测半导体功率器件内部寄生电阻的变化情况；
根据电压增量Vce2-Vcex分析第二待测半导体功率器件内部寄生电阻的变化情况。
4.根据权利要求1所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
在所述恒定功率循环测试电路中，所述第一与第二待测半导体功率器件为性能参数相同的半导体功率器件。
5.根据权利要求4所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述第一和第二待测半导体功率器件均为双极性功率开关管。
6.根据权利要求4所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述第一和第二待测半导体功率器件均为自带反并联二极管的双极性功率开关管。
7.根据权利要求5或6所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述双极性功率开关管为IGBT、BJT或GTO。
8.根据权利要求4至6中任一项所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述温控单元是恒温控制装置。
9.根据权利要求8所述的恒定功率循环测试方法，其特征在于：
所述恒温控制装置包括加热板、温度传感器和温控仪。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811445962.2A CN111239576B (zh) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811445962.2A CN111239576B (zh) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN111239576A CN111239576A (zh) | 2020-06-05 |
| CN111239576B true CN111239576B (zh) | 2021-08-10 |
Family
ID=70869582
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811445962.2A Active CN111239576B (zh) | 2018-11-29 | 2018-11-29 | 基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN111239576B (zh) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112327125A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-02-05 | 北京Abb电气传动系统有限公司 | 功率半导体器件结壳热阻状态监测方法、设备、存储介质 |
| 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 |
| CN114217261B (zh) * | 2021-12-15 | 2022-09-09 | 浙江大学 | 一种用于功率循环测试的功率器件老化参数校正方法 |
| CN114325288A (zh) * | 2022-01-06 | 2022-04-12 | 北一半导体科技(广东)有限公司 | 一种评估半导体模块功率循环能力的方法和半导体模块 |
Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102520294A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 嘉兴斯达微电子有限公司 | 功率器件的功率循环系统 |
| CN203069740U (zh) * | 2012-12-30 | 2013-07-17 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 半导体功率器件热阻测试装置 |
| JP2014020893A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Espec Corp | パワーサイクル試験装置 |
| CN104617932A (zh) * | 2013-10-15 | 2015-05-13 | 大陆汽车有限公司 | 用于在功率晶体管电路中切换循环的方法 |
| CN105044581A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-11-11 | 国家电网公司 | 一种SiC IGBT串联阀组动态均压特性和反向恢复特性的测试方法及测试电路 |
| CN105572558A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-11 | 浙江大学 | 一种功率二极管模块工作结温的在线检测系统及其检测方法 |
| CN106291303A (zh) * | 2015-06-25 | 2017-01-04 | Abb有限公司 | 电力驱动系统中的功率半导体器件的老化的确定 |
| CN106324465A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体装置和故障检测方法 |
| CN107783021A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-03-09 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种用于压接型igbt器件功率循环试验的测试模块 |
| CN108152697A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-12 | 江苏中科君芯科技有限公司 | Igbt模块功率循环老化试验装置及方法 |
| CN208060663U (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-06 | 芜湖美智空调设备有限公司 | 功率模块循环测试电路及测试设备 |
| CN108802590A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-13 | 华北电力大学 | 一种半导体器件的功率循环测试方法及测试系统 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103605072B (zh) * | 2013-11-27 | 2017-01-04 | 浙江大学 | 一种具有热电解耦功能的功率器件动态特性测试电路及其测试方法 |
| CN104155587B (zh) * | 2014-07-18 | 2017-05-10 | 浙江大学 | 一种igbt模块工作结温的在线检测系统及检测方法 |
| US10288672B2 (en) * | 2016-04-08 | 2019-05-14 | Nutech Ventures | Monitoring aging of power semiconductor devices based on case temperature |
-
2018
- 2018-11-29 CN CN201811445962.2A patent/CN111239576B/zh active Active
Patent Citations (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102520294A (zh) * | 2011-12-29 | 2012-06-27 | 嘉兴斯达微电子有限公司 | 功率器件的功率循环系统 |
| JP2014020893A (ja) * | 2012-07-18 | 2014-02-03 | Espec Corp | パワーサイクル試験装置 |
| CN203069740U (zh) * | 2012-12-30 | 2013-07-17 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | 半导体功率器件热阻测试装置 |
| CN104617932A (zh) * | 2013-10-15 | 2015-05-13 | 大陆汽车有限公司 | 用于在功率晶体管电路中切换循环的方法 |
| CN105044581A (zh) * | 2015-03-30 | 2015-11-11 | 国家电网公司 | 一种SiC IGBT串联阀组动态均压特性和反向恢复特性的测试方法及测试电路 |
| CN106291303A (zh) * | 2015-06-25 | 2017-01-04 | Abb有限公司 | 电力驱动系统中的功率半导体器件的老化的确定 |
| CN106324465A (zh) * | 2015-06-30 | 2017-01-11 | 瑞萨电子株式会社 | 半导体装置和故障检测方法 |
| CN105572558A (zh) * | 2015-12-09 | 2016-05-11 | 浙江大学 | 一种功率二极管模块工作结温的在线检测系统及其检测方法 |
| CN107783021A (zh) * | 2017-09-06 | 2018-03-09 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种用于压接型igbt器件功率循环试验的测试模块 |
| CN108152697A (zh) * | 2017-12-27 | 2018-06-12 | 江苏中科君芯科技有限公司 | Igbt模块功率循环老化试验装置及方法 |
| CN208060663U (zh) * | 2018-04-25 | 2018-11-06 | 芜湖美智空调设备有限公司 | 功率模块循环测试电路及测试设备 |
| CN108802590A (zh) * | 2018-06-22 | 2018-11-13 | 华北电力大学 | 一种半导体器件的功率循环测试方法及测试系统 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 功率温度循环测试对于半导体分离器件的可靠性评估;储志强;《产业与科技论坛》;20131231;第12卷(第1期);第83-84页 * |
| 基于FEM的功率IGBT模块功率循环可靠性研究;张雪垠;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150615(第06期);第I135-27页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN111239576A (zh) | 2020-06-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN111239576B (zh) | 基于功率损耗线性控制的恒定功率循环测试电路及方法 | |
| CN109188232B (zh) | 一种igbt模块状态评估与剩余寿命预测模型的构建方法 | |
| KR101601363B1 (ko) | 파워 사이클 시험을 위한 장치 및 방법 | |
| JP5267053B2 (ja) | 半導体試験装置 | |
| US9435850B2 (en) | Apparatus and method for power cycle test | |
| US11579644B2 (en) | Method and system for online correction of junction temperatures of IGBT in photovoltaic inverter considering aging process | |
| US11169201B2 (en) | Diagnostic device and method to establish degradation state of electrical connection in power semiconductor device | |
| Tian et al. | Monitoring IGBT's health condition via junction temperature variations | |
| Ziemann et al. | Power cycling of commercial SiC MOSFETs | |
| CN111505475B (zh) | 一种功率半导体模块电热模型参数的标定方法及装置 | |
| Brandelero et al. | Online junction temperature measurements for power cycling power modules with high switching frequencies | |
| Amoiridis et al. | Vce-based chip temperature estimation methods for high power IGBT modules during power cycling—A comparison | |
| CN113092897A (zh) | 一种mmc柔直换流阀功率模块温度疲劳老化综合试验装置 | |
| Degrenne et al. | Robust on-line junction temperature estimation of IGBT power modules based on von during PWM power cycling | |
| Rashed et al. | On-line [T J, V ce] monitoring of IGBTs stressed by fast power cycling tests | |
| Yang et al. | A novel on-line IGBT junction temperature measurement method based on on-state voltage drop | |
| KR20150003019A (ko) | 반도체 소자의 온오프 시험 장치 및 그 방법 | |
| Zhang et al. | A novel model of the aging effect on the on-state resistance of SiC power MOSFETs for high-accuracy package-related aging evaluation | |
| Davis et al. | Methodology and apparatus for rapid power cycle accumulation and in-situ incipient failure monitoring for power electronic modules | |
| CN116754912A (zh) | 用于igbt测试的温度控制方法 | |
| Wei et al. | Junction temperature estimation for IGBT modules through knee voltage | |
| Huang et al. | IGBT Condition Monitoring Drive Circuit Based on Self-Excited Short-circuit Current | |
| CN109756100B (zh) | 电机控制器的死区时间测量方法 | |
| Jiao et al. | A novel junction temperature estimation approach for high voltage IGBT modules based on pre-turn-off current | |
| CN112986781B (zh) | 一种结温在线监测数据验证系统和方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20200925 Address after: 412001 Room 309, floor 3, semiconductor third line office building, Tianxin hi tech park, Shifeng District, Zhuzhou City, Hunan Province Applicant after: Zhuzhou CRRC times Semiconductor Co.,Ltd. Address before: The age of 412001 in Hunan Province, Zhuzhou Shifeng District Road No. 169 Applicant before: ZHUZHOU CRRC TIMES ELECTRIC Co.,Ltd. |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |