CN111289869A - 一种具有电压波形检测装置的igbt测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，包括：外壳体，内部设置有基台；基板，设置在基台上；总控制器，安装在基台上；栅极阈值电压测试电路，与总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；集射极截止电流测试电路，与总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；正向特性测试电路，与总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；以及电压波形检测装置，与总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接。该IGBT测试系统有利于同时为多个待测IGBT模组进行测试或者对一个待测IGBT模组进行多种测试，从而综合测试待测IGBT模组的栅极阈值电压、集射极电流、正向电压特性以及电压波形。

Description

一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统

技术领域

本发明属于IGBT技术领域，具体涉及一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统。

背景技术

近年来，随着国家不断推进清洁能源建设，大功率IGBT、FRD功率半导体器件在电力电子设备、功率转换中用途越来越广泛，特别是在特高压直流输电、柔性直流输电系统、电动汽车、高铁等行业中，对大功率IGBT半导体器件的需求愈来愈大。随之而来的各种规格的大容量IGBT模块的质量检测问题也越来越突出。

现有技术中，缺乏对大功率IGBT元件的综合测试手段，造成对电力电子设备运行监护的困难，很难实现对在运设备进行系统全面的状态跟踪工作，对设备的长期安全稳定运行带来极大隐患。

由于电力电子设备的开发研制人员、运行维护人员缺乏相应的检测试验手段来测试检验元器件的各项参数指标，严重制约了电力电子设备的研究开发，也制约了电力电子器件国产化的进程。

因此，亟需有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，该IGBT测试系统有利于综合测试待测IGBT模组的栅极阈值电压、集射极电流、正向电压特性以及电压波形。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，所述IGBT测试系统包括：

外壳体，所述外壳体内部设置有基台；

基板，所述基板设置在基台的一个面上；

总控制器，所述总控制器安装在所述基台上；

栅极阈值电压测试电路，所述栅极阈值电压测试电路与所述总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；

集射极截止电流测试电路，所述集射极截止电流测试电路与所述总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；

正向特性测试电路，所述正向特性测试电路与所述总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；以及

电压波形检测装置，所述电压波形检测装置与所述总控制器连接，并用于与一个待测IGBT模组连接；

所述总控制器用于选择性控制栅极阈值电压测试电路、集射极截止电流测试电路、正向特性测试电路以及电压波形检测装置中的一个或多个工作；

所述栅极阈值电压测试电路用于检测与其连接的所述待测IGBT模组的栅极阈值电压并将结果传递给所述总控制器；

所述集射极截止电流测试电路用于检测与其连接的所述待测IGBT模组的集射极电流并将结果传递给所述总控制器；

所述正向特性测试电路用于检测与其连接的所述待测IGBT模组的正向电压特性并将结果传递给所述总控制器；

所述电压波形检测装置用于为与其连接的所述待测IGBT模组进行恒流充电，并采集在恒流充电状态下的待测IGBT模组的电压信号，并将电压信号传递给所述总控制器，所述总控制器根据所述电压信号生成与电压信号对应的波形信息。

进一步地，所述栅极阈值电压测试电路、集射极截止电流测试电路、正向特性测试电路以及电压波形检测装置均设置在所述基板上。

进一步地，所述基板上设置有多个隔离条，各个隔离条将所述基板分隔成四个容纳区域，每个容纳区域用于容纳所述栅极阈值电压测试电路、集射极截止电流测试电路、正向特性测试电路以及电压波形检测装置中的一个；所述总控制器设置在所述四个容纳区域中的任意一个容纳区域内。

进一步地，所述IGBT测试系统进一步包括调温系统，所述调温系统设置在基台上，所述调温系统用于调控所述外壳体内部的温度。

进一步地，所述IGBT测试系统进一步包括人机互动模块，所述人机互动模块设置在所述外壳体上并与所述总控制器连接。

进一步地，所述IGBT测试系统进一步包括温度传感器，所述温度传感器设置在基台上并与总控制器连接，用于检测基台的温度并将检测到的信息传递给所述总控制器。

进一步地，所述栅极阈值电压测试电路包括：

栅极阈值第一直流电压源，所述栅极阈值第一直流电压源与所述待测IGBT模组连接；

栅极阈值第二直流电压源，所述栅极阈值第二直流电压源与所述待测IGBT模组连接；以及

栅极阈值第一电压表，所述栅极阈值第一电压表与待测IGBT模组连接；

所述栅极阈值第一直流电压源用于为所述待测IGBT模组的集电极-发射极提供电压；

所述栅极阈值第二直流电压源用于为所述待测IGBT模组的栅极-发射极提供电压；

所述栅极阈值第一电压表用于测量栅极阈值电压并将结果传递给所述总控制器。

进一步地，所述集射极截止电流测试电路包括：

集射极截止电流直流电压源，所述集射极截止电流直流电压源与所述待测IGBT模组连接；

集射极截止电流电压表，所述集射极截止电流电压表与所述待测IGBT模组连接；以及

集射极截止电流电流表，所述集射极截止电流电流表与所述待测IGBT模组连接；

所述集射极截止电流直流电压源用于为所述待测IGBT模组提供电压；

所述集射极截止电流电压表用于检测所述待测IGBT模组的集电极-发射极的电压；

所述集射极截止电流电流表用于检测所述待测IGBT模组的集电极-发射极的电流并将结果传递给总控制器。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：该IGBT测试系统能够同时为多个待测IGBT模组进行测试或者对一个待测IGBT模组进行多种测试，从而综合测试待测IGBT模组的栅极阈值电压、集射极电流、正向电压特性以及电压波形，具有测试系统工作稳定、可靠，不受高压大电流等强电磁场干扰的优点。

附图说明

图1是本发明一实施例的IGBT测试系统框图。

图2是图1中栅极阈值电压测试电路的电路示意图。

图3是本发明另一实施例中栅极阈值电压测试电路的电路示意图。

图4是图1中集射极截止电流测试电路的电路示意图。

图5是图1中正向特性测试电路的电路示意图。

图6是图1中外壳体的结构示意图。

图7是图1中电压波形检测装置的结构示意图。

图8是图1中外壳体的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、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，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

图1是本发明一实施例的IGBT测试系统的系统示意图。图2是图1所示的栅极阈值电压测试电路的电路示意图。图3是本发明另一实施例的栅极阈值电压测试电路的电路示意图。图4是图1所示的集射极截止电流测试电路的电路示意图。图5是图1所示的正向特性测试电路的电路示意图。图6是图1所示的IGBT测试系统的外壳体结构示意图。图7是图1所示的电压波形检测装置的结构示意图。

如图1及图8所示的IGBT测试系统包括外壳体90、基板1、总控制器2、栅极阈值电压测试电路3、集射极截止电流测试电路4、正向特性测试电路19以及电压波形检测装置25，其中，外壳体内部设置有基台70；基板1设置在基台70的一个面上；总控制器2安装在基台70上；栅极阈值电压测试电路3与所述总控制器2连接以及用于与一个待测IGBT模组7连接；集射极截止电流测试电路4与总控制器2连接以及用于与一个待测IGBT模组13连接；正向特性测试电路19与总控制器2连接以及用于与一个待测IGBT模组17连接；

电压波形检测装置25与总控制器2连接以及用于与一个待测IGBT模组24连接；其中，

总控制器2用于选择性控制栅极阈值电压测试电路3、集射极截止电流测试电路4、正向特性测试电路19以及电压波形检测装置中的一个或多个工作；

栅极阈值电压测试电路用于检测与其连接的待测IGBT模组的栅极阈值电压并将结果传递给所述总控制器；

集射极截止电流测试电路用于检测与其连接的所述待测IGBT模组的集射极电流并将结果传递给所述总控制器；

正向特性测试电路用于检测与其连接的所述待测IGBT模组的正向电压特性并将结果传递给所述总控制器；

电压波形检测装置用于为与其连接的待测IGBT模组进行恒流充电，并采集在恒流充电状态下的待测IGBT模组的电压信号，并将电压信号传递给总控制器，总控制器根据所述电压信号生成与电压信号对应的波形信息。

本发明的IGBT测试系统能够同时为多个待测IGBT模组进行测试或者对一个待测IGBT模组进行多种测试，从而综合测试待测IGBT模组的栅极阈值电压、集射极电流、正向电压特性以及电压波形，具有测试系统工作稳定，可靠，不受高压大电流等强电磁场干扰的优点。

参见图2，在本实施例中，栅极阈值电压测试电路3采用的是开路的技术方案，具体地，在规定测试温度下，调整集电极电流Ic以达到规定值，测量出栅极电压，即是栅极阈值电压V_GE（th）。本测试系统采用高精度运放电路设计0~2A恒流源，注入被测器件的集电极-发射极，可在0~2A范围内按规定值调整电流值，同时测试界面显示测试值及波形，并做出相应判断。测试界面显示值V_GE（th）是输出稳定后-结束时（波形开始下降前）的平均值。

参见图2，在本实施例中，栅极阈值电压测试电路3包括电流源6、电压表9以及电源8，电流源6与待测IGBT模组7连接，用于为待测IGBT模组7的集电极-发射极提供电流，电压表9与待测IGBT模组7连接，用于检测栅极电压，电源8与待测IGBT模组7连接，用于为待测IGBT模组7的栅极提供电压。其中，待测IGBT模组处于开路状态。

参见图3，在另一个实施例中，栅极阈值电压测试电路采用的是短路的技术方案，具体地，在规定测试温度下，调整集电极电流Ic以达到规定值，测量出栅极电压，即是栅极阈值电压V_GE（th）。本测试系统采用高精度运放电路设计0~2A恒流源，注入被测器件的集电极-发射极，可在0~2A范围内按规定值调整电流值，同时测试界面显示测试值及波形，并做出相应判断。测试界面显示值V_GE（th）是输出稳定后-结束时（波形开始下降前）的平均值。

参见图3，在本实施例中，栅极阈值电压测试电路包括电流源6、电压表9，电流源6与待测IGBT模组7连接，用于为待测IGBT模组7的集电极-发射极提供电流，电压表9与待测IGBT模组7连接，用于检测栅极电压。其中，待测IGBT模组处于短路状态。

在本实施例中，集射极截止电流测试电路4采用的是短路的技术方案，具体地，如图4所示，将栅极-发射极短路，在规定测试温度下，在集电极-发射极施加规定的电压Vce，测试此时集射极电流Ic即是I_CES，I_CES即是集射极截止电流。I_CES的测量通常在室温及结温条件下，由于集电极漏电流会随结温的升高而增加，因此对施加电压进行脉宽限制减少结温升高，减少漏电流因结温受到的影响。I_CES在室温及结温条件下，漏电流在μA级到mA级变化，为了线性化本测试系统采用了硬件分档，总控制器自动识别的方法满足了全量程测试精度要求。测试结束后，测试界面显示测试值及波形，并做出相应判断，测试值读数均是输出稳定后-结束时（波形下降前）的平均值。

参见图4，在本实施例中，集射极截止电流测试电路4包括电源10、电压表11、电流表12，其中，电源10与待测IGBT模组13连接，用于为待测IGBT模组13的集电极-发射极施加规定的电压Vce，电流表12与待测IGBT模组13连接，用于测试此时集射极电流Ic，电压表11与电源10并联，用于检测电源的电压情况。

在本实施例中，如图5所示的正向特性检测电路19对与其连接的待测IGBT模组的栅极不施加电压，对集电极-发射极施加规定二极管正向电流I_C，对待测IGBT模组施加不产生显著附加结温升的窄脉冲I_C并测量规定时刻的V_CE即为V_F（正向电压特性）。

参见图5，在本实施例中，正向特性检测电路19包括电流源25、电压表26以及脉冲装置27，其中，电流25源与脉冲装置27连接，为脉冲装置提供电流（其电流方向为图5中的E-C方向）、脉冲装置与待测IGBT模组28连接，用于为待测IGBT模组28提供宽度可调的脉冲电流，电压表26与为待测IGBT模组联，用于检测为待测IGBT模组的电压情况。

本发明还包括电压波形检测装置，如图7所示的电压波形检测装置采用恒流源对与其连接的待测IGBT模组进行恒流充电，通过电压采集板采集充电电压，将模拟电压信号由高精度运放及AD传送至总控制器，并具备录取电压电流波形的功能，并将以上数据传送至总控制器，由总控制器绘制测试波形的波形信息。

参见图7，在本实施例中，电压波形检测装置25包括数模转换单元27、模数转换单元26、控制单元29、恒流源28以及电压采集板30，所述数模转换单元27与总控制器2以及恒流源28连接，模数转换单元与总控制器以及恒流源连接，控制单元与总控制器以及恒流源连接，电压采集板与总控制器以及待测IGBT模组连接，恒流源与待测IGBT模组连接，其中，总控制器用于为控制单元提供控制指令，从而使控制单元控制恒流源工作，恒流源用于为待测IGBT模组进行恒流充电，电压采集板用于采集工作的待测IGBT模组的充电电压，数模转换单元用于对数据进行数模转换、模数转换单元用于进行模数转换。

在本实施例中，所述栅极阈值电压测试电路3、集射极截止电流测试电路4、正向特性测试电路19以及电压波形检测装置25均设置在基板1上。

在其他备选实施例中，上述的各个测试电路或测试装置可以选择性的设置在基板上。

在本实施例中，基板可以是PCB板，也可以是其他类型的基板。

可以理解的是，待测IGBT模组7、13、24、25可以是相同的待测IGBT模组、也可以是不同的待测IGBT模组。

在本实施例中，所述基板上设置有多个隔离条，各个隔离条将基板分隔成四个容纳区域，每个容纳区域用于容纳栅极阈值电压测试电路、集射极截止电流测试电路、正向特性测试电路以及电压波形检测装置25中的一个。

在其他实施例中，可以根据上述的测试电路的数量以及测试装置的数量设置隔离条，从而使一个容纳区域仅容纳一个测试电路或测试装置。

采用这种设置，可以防止各个电路互相干扰。

在本实施中，总控制器可以是PLC或者单片机。

在本实施例中，IGBT测试系统进一步包括调温系统71，调温系统71设置在基台70上，调温系统能够调控容纳区域的温度。

通过这种方式，可以调控各个容纳区域的温度。

在本实施例中，调温系统包括冷却源组件以及管道，冷却源组件设置在基台70上，冷却源组件包括冷却源输出端以及冷却源输入端；管道设置在基台70上，管道具有一个输入端以及一个输出端，管道的输入端与冷却源输出端连接，管道的输出端与冷却源输入端连接；其中，冷却源组件用于为管道提供冷源。

通过这种方式，可以为各个容纳空间进行降温。

在本实施例中，冷却源组件包括水箱以及水泵，水箱内设置有冷却液体；水泵安装在水箱上并用于将水箱内的冷却液体泵出。

在本实施例中，水泵与总控制器连接，用于受总控制器控制工作。

通过这种方式，可以方便使用者控制。

在本发明中，调温系统进一步包括加热器，加热器设置在管道上并与总控制器连接，用于接收总控制器的指令并为经过管道的冷却液体加热。

通过这种方式，不仅可以为隔离条加热，还可以在温度较低的环境下为隔离条加热。

在本实施例中，IGBT测试系统进一步包括温度传感器，温度传感器设置在各个隔离条上并与总控制器连接，用于检测各个隔离条的温度并传递给总控制器。

通过这种方式，可以使使用者了解隔离条的温度。

在其他实施例中，可以根据上述的测试电路的数量以及测试装置的数量设置隔离条，从而使一个容纳区域仅容纳一个测试电路或测试装置。

采用这种设置，可以防止各个电路互相干扰。

参见图6，在本实施例中，IGBT测试系统进一步包括人机互动模91，人机互动模块91设置在外壳体上并与所述总控制器连接。

在本实施例中，总控制器与人机互动模块通讯，可以将总控制器从各个电路获取的信息传递给人机互动模块并在人机互动模块上显示，而人机互动模块也可以为总控制器提供工作指令，从而使总控制器根据工作指令工作。

例如，总控制器可以将上述的待测IGBT模组的集射极电流情况、正向电压特性情况、栅极阈值电压、过电压保护值、通过总控制器判断后的过电压保护值的判断结果、波形信息中的一个或者多个显示在人机互动模块上。

采用人机互动模块，可以使使用者方便控制总控制器以进行各种操作，另外，总控制器所采集到的信息也可以通过人机互动模块显示。

人机互动模块通常包括输入装置、显示装置、信号处理装置等，其中，信号处理装置与总控制器连通，用于互通数据，显示装置与信号处理装置连通，用于显示从信号处理装置传递的信息，输入装置与所述信号处理装置连通，用于为信号处理装置下发指令。

举例来说，人机互动模块可以是平板电脑、上位机等。

在本实施例中，温度传感器的数量为四个，每个容纳区域设置有一个温度传感器。

采用这种方式，能够使使用者更为清楚是哪个电路出现故障。

在本实施例中，IGBT测试系统进一步包括报警系统92，报警系统92与总控制器连接，报警系统92用于接收总控制器的控制信号，并根据控制信号进行报警。

可以理解的是，报警系统可以是声音报警系统、也可以是报警灯，或者是两者的结合。

在本实施例中，外壳体90包括外壳本体901以及防护窗902，外壳本体901上设置有外壳孔；防护窗902与外壳本体铰接，从而具有打开状态以及封闭状态，在封闭状态，防护窗封闭所述外壳孔；在打开状态，外壳本体的外部空间与外壳本体的内部空间通过外壳孔连通。

采用这种方式，方便使用者对外壳本体内部的各个部件进行维修更换。

另外，防护窗采用玻璃或者其他可透光的材料制成，这样，可以使使用者在使用的时候观察外壳本体的情况。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述IGBT测试系统包括：

外壳体（90），所述外壳体内部设置有基台（70）；

基板（1），所述基板设置在基台（70）的一个面上；

总控制器（2），所述总控制器（2）安装在所述基台（70）上；

栅极阈值电压测试电路（3），所述栅极阈值电压测试电路（3）与所述总控制器（2）连接，并用于与一个待测IGBT模组（7）连接；

集射极截止电流测试电路（4），所述集射极截止电流测试电路（4）与所述总控制器（2）连接，并用于与一个待测IGBT模组（13）连接；

正向特性测试电路（19），所述正向特性测试电路（19）与所述总控制器（2）连接，并用于与一个待测IGBT模组（28）连接；以及

电压波形检测装置（25），所述电压波形检测装置（25）与所述总控制器（2）连接，并用于与一个待测IGBT模组（24）连接；

所述总控制器（2）用于选择性控制栅极阈值电压测试电路（3）、集射极截止电流测试电路（4）、正向特性测试电路（19）以及电压波形检测装置（25）中的一个或多个工作；

所述栅极阈值电压测试电路（3）用于检测与其连接的所述待测IGBT模组（7）的栅极阈值电压并将结果传递给所述总控制器（2）；

所述集射极截止电流测试电路（4）用于检测与其连接的所述待测IGBT模组（13）的集射极电流并将结果传递给所述总控制器（2）；

所述正向特性测试电路（19）用于检测与其连接的所述待测IGBT模组（28）的正向电压特性并将结果传递给所述总控制器（2）；

所述电压波形检测装置（25）用于为与其连接的所述待测IGBT模组（24）进行恒流充电，并采集在恒流充电状态下的待测IGBT模组（24）的电压信号，并将电压信号传递给所述总控制器（2），所述总控制器（2）根据所述电压信号生成与电压信号对应的波形信息。

2.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述栅极阈值电压测试电路（3）、集射极截止电流测试电路（4）、正向特性测试电路（19）以及电压波形检测装置（25）均设置在所述基板（1）上。

3.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述基板（1）上设置有多个隔离条，各个隔离条将所述基板分隔成四个容纳区域，每个容纳区域用于容纳所述栅极阈值电压测试电路（3）、集射极截止电流测试电路（4）、正向特性测试电路（19）以及电压波形检测装置（25）中的一个；所述总控制器（2）设置在所述四个容纳区域中的任意一个容纳区域内。

4.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述IGBT测试系统进一步包括调温系统（71），所述调温系统（71）设置在基台（70）上，所述调温系统（71）用于调控所述外壳体内部的温度。

5.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述IGBT测试系统进一步包括人机互动模块（91），所述人机互动模块（91）设置在所述外壳体（90）上并与所述总控制器（2）连接。

6.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述IGBT测试系统进一步包括温度传感器，所述温度传感器设置在基台上并与总控制器连接，用于检测基台的温度并将检测到的信息传递给所述总控制器。

7.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述栅极阈值电压测试电路（3）包括：

栅极阈值第一直流电压源（6），所述栅极阈值第一直流电压源与所述待测IGBT模组连接；

栅极阈值第二直流电压源（8），所述栅极阈值第二直流电压源（8）与所述待测IGBT模组连接；以及

栅极阈值第一电压表，所述栅极阈值第一电压表与待测IGBT模组连接；

所述栅极阈值第一直流电压源（6）用于为所述待测IGBT模组的集电极-发射极提供电压；

所述栅极阈值第二直流电压源（8）用于为所述待测IGBT模组的栅极-发射极提供电压；

所述栅极阈值第一电压表用于测量栅极阈值电压并将结果传递给所述总控制器。

8.根据权利要求1所述的一种具有电压波形检测装置的IGBT测试系统，其特征在于，所述集射极截止电流测试电路（4）包括：

集射极截止电流直流电压源（10），所述集射极截止电流直流电压源（10）与所述待测IGBT模组连接；

集射极截止电流电压表（11），所述集射极截止电流电压表（11）与所述待测IGBT模组连接；以及

集射极截止电流电流表（12），所述集射极截止电流电流表（12）与所述待测IGBT模组连接；

所述集射极截止电流直流电压源（10）用于为所述待测IGBT模组提供电压；

所述集射极截止电流电压表（11）用于检测所述待测IGBT模组的集电极-发射极的电压；

所述集射极截止电流电流表（12）用于检测所述待测IGBT模组的集电极-发射极的电流并将结果传递给总控制器。

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