CN111537860A - 一种被测器件的功率循环测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子电力器件可靠性测试领域，并公开了一种被测器件的功率循环测试系统及其方法，所述测试系统包括电源模块、驱动模块、测试模块。所述测试模块，用于安装一个或多个所述被测器件；所述电源模块，用于提供所述被测器件的电压电流；所述驱动模块，用于控制所述被测器件进行通断。本发明能够在测试过程中使被测器件有通断过程，更加符合真实反应被测器件的应用寿命。

Description

一种被测器件的功率循环测试系统及方法

技术领域

本发明属于电力电子器件可靠性测试领域，特别涉及一种被测器件的功率循环测试系统及方法。

背景技术

功率半导体器件在电力系统中的应用越来越广泛，目前全世界至少60％以上的电能均由它来控制，未来在全球能源互联网的趋势下，随着大规模新能源发电并网和电动汽车等移动不可预测负荷接入电网，这一比例将大大上升。因此，对于功率半导体器件的研究工作也成为近些年的热点，尤其是高电压大功率半导体器件。同时，由于交直流电网共存以及新能源的不断涌入，对电网造成一定的冲击，这就对直流电网，尤其是柔性直流输电系统的可靠性提出了更高的要求。

功率循环测试是功率半导体最重要的可靠性测试之一，也是器件出厂前最核心的可靠性考核。以IGBT为例，在传统的功率循环测试中保持被测IGBT处于导通状态，配合冷却系统，对IGBT芯片进行周期性的加热冷却，直到键合线开始脱落或者焊锡层出现空洞。

半导体开关器件作为半导体中很重要的一部分，以IGBT为例，在测试过程中被测器件保持常通，被动接受电流的加热。在测试过程中被测器件没有开关通断过程，不产生通断损耗，因此与IGBT的实际工作情况完全不同，无法真实反应半导体器件的应用寿命。

因此，如何提供一种模拟被测器件实际工作使用情况的测试模式，是电力电子器件测试领域亟待解决的技术问题。

发明内容

针对上述问题，本发明公开了一种被测器件的功率循环测试系统，

所述测试系统包括电源模块、驱动模块、测试模块，

所述测试模块，用于安装一个或多个所述被测器件；

所述电源模块，用于提供所述被测器件的电压电流；

所述驱动模块，用于控制所述被测器件进行通断。

进一步的，所述测试模块包括至少一组第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

所述电源模块正极与第一端口连接，所述电源模块的负极与第二端口连接；

所述第三端口与相应的第四端口之间用于接入被测试的被测器件；

所述第一端口与第三端口连通，所述第二端口与第四端口连通。

进一步的，所述电源模块包括N条电流源支路和N条电压源支路；

所述N条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

每条电压源支路分别包括一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试模块包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口；每条测试支路分别包括所述第三端口和第四端口；

N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

其中，N≥i≥1。

进一步的，所述电源模块包括N条电流源支路和N条电压源支路；

所述N条电流源支路中每条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

所述N条电压源支路中每条电压源支路共用一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试模块包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口；每条测试支路分别包括所述第三端口和第四端口；

所述N条电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，所述N条电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

所述N条电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，所述N条电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

其中，N≥i≥2。

进一步的，所述电源模块包括第一电压源支路、第二电压源支路、第一电流源支路、第二电流源支路；所述第一电压源支路包括第一电压源，第二电压源支路包括第二电压源，第二电流源支路和第一电流源支路均包括电流源；

所述测试模块包括第一测试支路和第二测试支路；

所述第一电压源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述第一电压源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电压源支路的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电压源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述电流源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电流源支路的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电流源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路包括第一开关部件，所述第一开关部件用于控制所述第一测试支路与所述第一电流源支路之间的通断；

所述第二电流源支路包括第二开关部件，所述第二开关部件用于控制所述第二测试支路与所述第二电流源支路之间的通断。

进一步的，所述测试系统包括开关控制部件，所述开关控制部件用于控制所述第一开关部件和第二开关部件同步通断。

进一步的，所述驱动模块包括第一驱动子模块和第二驱动子模块；

在所述开关控制部件控制所述第一开关部件和第二开关部件同步导通时：

所述第一驱动子模块用于控制第一测试支路的被测器件通断；

所述第二驱动子模块用于控制第二测试支路的被测器件通断。

进一步的，所述电流源支路和电压源支路之间包括隔离部件，所述电流源支路和电压源支路通过所述隔离部件实现电气隔离。

进一步的，所述隔离器件包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管设置在电压源支路上，所述第一二极管的正极与所述电压源正极连通；

所述第二二极管设置在电流源支路上，所述第二二极管的正极与所述电流源的正极连通；所述第一二极管的负极与所述第一端口连接，所述第二二极管的负极与所述第一端口连接。

进一步的，所述测试系统还包括采样模块，用于采集被测器件的电压。

进一步的，所述电流源支路包括开关部件，所述开关部件用于控制所述测试支路与电流源支路的通断。

进一步的，所述测试系统包括开关控制部件，其中，

所述开关控制部件，用于控制所述多个电流源支路中的所述开关部件同步通断。

进一步的，所述驱动模块包括N个驱动子模块，分别用于驱动N条测试支路中的被测器件通断。

进一步的，所述驱动模块，用于控制所述测试支路中的被测器件按照指定周期多次通断。

本发明还公开了一种被测器件的功率循环测试方法，将被测器件接入测试模块；

控制电源模块为接入测试模块的被测器件提供能量，使得被测器件进入加热阶段；

在所述加热阶段，通过驱动模块控制被测器件通断。

进一步的，在所述加热阶段，控制所述电源模块的电压源支路和所述电源模块的电流源支路为所述被测器件供电。

进一步的，在所述加热阶段之后，断开电流源支路对所述被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段；

在所述冷却阶段，由所述电压源支路为所述被测器件供电。

进一步的，控制电源模块的N条电流源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电流源支路为第i条测试支路的被测器件供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源模块的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子模块控制第i条测试支路的被测器件通断；

其中，N≥i≥1。

进一步的，在第一阶段，控制第一组测试支路进入所述加热阶段，控制第二组测试支路进入冷却阶段；

在与第一阶段不同的第二阶段，控制所述第二组测试支路进入加热阶段，控制所述第一组支路进入冷却阶段；

在所述加热阶段：由多条电流源支路为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；由多条电压源支路分别为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段：由多条电压源支路分别为处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；多条电流源支路停止对处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；

第一组测试支路包括N条测试支路，第二组测试支路包括M条测试支路，其中，N>1，M>1。

进一步的，在所述加热阶段之后，断开电源模块的N条电流源支路对N条测试支路的被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段，其中，在所述加热阶段，N条电流源支路由同一个电流源供电；

在冷却阶段，由电源模块的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段，采集至少一个被测器件的电压。

进一步的，通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，包括：

控制各个所述被测器件通断的占空比相同；和/或

控制被测器件的通断状态互补或同一时刻有且仅有一个所述被测器件处于导通状态；

其中，N≥2。

进一步的，控制电源模块的N条电流源支路为测试模块中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源模块的N条电压源支路为测试模块中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电压源支路由同一个电压源供电；

在加热阶段，通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子模块控制第i条测试支路的被测器件通断；

其中，N≥i≥2。

进一步的，在冷却阶段，采集所述被测试器件的电压；

根据采集的电压中调整被测器件的环境温度。

进一步的，根据采集的电压值调整所述被测器件所在的环境对所述被测器件的结温参数进行平衡，包括：调节散热器、门极压降、导通占空比和电压源电压中一种或任意几种的组合。

本发明能够在测试过程中使被测器件有通断过程，更加符合真实反应被测器件的应用寿命。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明实施例中被测器件的功率循环测试系统的结构示意图；

图2示出了本发明实施例中被测器件的功率循环测试系统的电路结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例中的本发明实施例中被测器件的功率循环测试系统的电路图；

图4示出了根据本发明实施例中的本发明实施例中被测器件的功率循环测试系统的电路图；

图5示出了本发明实施例中一个循环周期内开关部件和被测器件的脉冲信号图；

图6示出了本发明实施例中第一被测器件两端电压的经典仿真结果波形图；

图7示出了本发明实施例中第一被测器件流过电流的经典仿真结果波形图；

图8示出了根据本发明实施例中的被测器件的功率循环测试系统的电路结构示意图；

图9示出了根据本发明实施例中的另一个测试系统电路示意图；

图10示出了本发明实施例中一个循环周期内开关部件和被测器件的脉冲信号图；

图11示出了根据本发明实施例的被测器件测试过程流程图。

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，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，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。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。

本发明公开了一种被测器件的功率循环测试系统，所述测试系统包括电源模块、驱动模块和测试模块。

所述测试模块用于安装一个或多个被测器件；

所述驱动模块用于控制被测器件在加热阶段进行通断。在一些实施例中，驱动模块包括驱动电路，用于驱动被测器件通断。在另外的实施例中，驱动模块包括用于接入驱动电路的接口，通过在接口接入驱动电路，来驱动被测器件通断。

所述电源模块用于提供被测器件的电压电流。

如图1所示，在一些实施例中，测试模块包括至少一组第一端口、第二端口、第三端口和第四端口，所述第三端口和第四端口之间用于接入被测器件，所述第一端口与第三端口连通，第二端口与第四端口连通。在一些实施例中，测试模块包括多组端口，每组端口包括所述的第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。从而多个被测器件可以分别在各组的第三端口和第四端口之间。其中所述连通表示端口之间通过线路和/或电力器件连接，能够在通电状态先实现导通。本发明中，第一端口和第三端口可以通过导线或者导线与电力器件的结合实现导通，在一个实施例中，第一端口和第三端口为同一个端口，即所述的第一端口仅用于表示连接电流源支路/电压源支路的端口，而第三端口用于表示连接被测器件的端口，第一端口和第三端口可以在结构上为同一个电路节点，相似地，第二端口与第四端口为同一个端口。

所述电源模块正极与测试模块的第一端口连接，所述电源模块的测试模块的负极与第二端口连接。在一些实施例中，电源模块包括能够提供符合测试要求的一定量的电压和电流的电源器件。在另外的实施例中，电源模块包括电压源和电流源，分别用来提供测试所需的电压和电流。电源模块的正极为测试时，电流/电压流出的正极，可以包括多个正极电流/电压流出的端口。电源模块中的电流源支路或电压源支路的正极是指，电路导通时，该支路的电流/电压流出的正极端口，电流源支路或电压源支路的负极是指该支路的电流/电压流出的负极端口。

本发明实施例中被测器件以半导体器件为例进行说明。目前应用于柔性直流输电系统的高压大功率半导体器件主要是IGBT器件，同时针对不同应用工况有两种不同的封装形式，一种是常规的焊接式封装，简称为焊接IGBT模块，主要应用于模块化多电平换流器(Modular Multi-level Converter，MMC)结构的换流阀中；另一种是功率密度更大，更易于串联应用的压接型IGBT器件，主要应用于柔性直流系统中的直流断路器中。示例性地，本发明实施例中的半导体器件为IGBT。如图2所示，在一些实施例中，所述电源模块包括N条电流源支路和N条电压源支路。N条所述电流源支路共用一个电流源，所述电流源支路用于提供测试过程中的电流。本发明实施例中，电流源为大电流小电压电源，同时，所述电流源的电压为高于IGBT饱和压降的典型值的小电压，如5V。示例性的，所述电流源为Chroma-62100H-30，提供30V/375A电源，也可以采用其他电压更低的电流源。所述电压源为大电压小电流电源，其输出电流被限制在百mA级别。每条电压源支路分别包括一个电压源，所述电压源支路用于提供测试过程中的电压。所述测试模块包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口，并包括第三端口和第四端口，用于接入被测器件。

N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；其中，N≥i≥1。

优选的，所述电流源支路和所对应的电压源支路之间包括隔离部件，所述电流源支路和电压源支路通过所述隔离部件实现电气隔离。

具体的，所述隔离部件包括第一二极管和第二二极管；所述第一二极管设置在电压源支路上，所述第一二极管的正极与所述电压源正极连通；所述第二二极管设置在电流源支路上，所述第二二极管的正极与所述电流源的正极连通，所述第一二极管的负极与所述第一端口连接，所述第二二极管的负极与所述第一端口连接。

优选的，所述电流源支路包括开关部件，所述开关部件用于控制测试支路与电流源支路的通断，使得被测器件在加热阶段和冷却阶段之间切换。所述开关部件导通，测试进入加热阶段，所述被测器件在所述驱动模块的控制下进行高频通断；所述开关部件断开则测试处于冷却状态，所述被测器件在所述驱动模块的控制下保持常通，所述电压源支路对常通的被测器件输出稳定的小电流作为探测电流。

优选的，所述开关部件可以为IGBT、MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，金氧半场效晶体管)和接触器。

优选的，所述测试系统还包括开关控制部件。所述开关控制部件与所述开关部件连接，用于控制所述开关部件通断。进一步地，所述开关控制部件用于控制多个电流源之路中的所述开关部件同步通断。

所述驱动模块包括N个驱动子模块，分别用于驱动N条测试支路中的被测器件进行通断，示例性的，所述用于驱动被测器件IGBT的驱动子模块为驱动电路，所述驱动电路连接在所述IGBT的门极和发射级两端，控制所述测试支路中的被测器件按照指定周期多次通断。

所述测试系统还包括采样模块，对所述被测器件进行电压采样。示例性地，所述采样模块连接在第三端口与第四端口之间，以获取被测器件在冷却阶段内的导通压降，进行换算得到结温，，获取被测器件在功率循环测试周期内的最高结温和结温波动。

本发明实施例中，图3示出了一种N＝1的电路结构示意图，如图所示，所述电源模块包括电压源支路和电流源支路，采样模块包括采样电路，驱动模块包括驱动电路。所述隔离部件包括二极管D1和二极管D11。所述电压源支路包括电压源，所述电流源支路包括电流源。所述测试支路包括第一端口、第二端口、第三端口和第四端口。所述电压源正极与二极管D11的正极连接，二极管D11的负极与测试支路的第一端口连接，所述电压源的负极连接测试支路的第二端口。所述电流源正极、开关部件和二极管D1的正极依次连接，二极管的负极与测试支路的第一端口连接，所述电流源的负极与测试支路的第二端口连接。第三端口与第四端口之间用于接入被测器件，第一端口与第三端口连接，第二端口与第四端口连接。采样电路分别连接第三端口和第四端口，采集两端的电压。驱动电路用于控制第三端口与第四端口之间的通断。

本发明实施例中，图2示出了一种N＝2的电路结构示意图，但不局限于N＝2。

图4示出了根据本发明实施例中被测器件的功率循环测试系统的电路图。所述电源模块包括第一电压源支路、第二电压源支路、第一电流源支路、第二电流源支路；所述第一电压源支路包括第一电压源，第二电压源支路包括第二电压源，第一电流源支路和第二电流源支路均包括电流源；

所述测试模块包括第一测试支路和第二测试支路；

所述第一电压源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述第一电压源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电压源支路的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电压源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述电流源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电流源的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电流源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路包括第一开关部件，所述第一开关部件用于控制所述第一测试支路与所述第一电流源支路之间的通断；

所述第二电流源支路包括第二开关部件，所述第二开关部件用于控制所述第二测试支路与所述第二电流源支路之间的通断。

其中，第一电流源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接为：第一电流源支路工作时，电能流出的正极端口与第一测试支路的第一端口连接，即从电路结构上，第一电流源支路与第一测试支路的第一端口连通，两端口之间可以通过导线或者导线与其他电力器件的结合实现连通。其他关于支路的正极/负极与端口连接的表述与此相似，不再赘述。

如图4所示，测试系统还包括隔离部件，隔离部件包括第一隔离模块和第二隔离模块。第一隔离模块的第一二极管D1与第一隔离模块的第二二极管D01分别设置在第一电压源支路和第一电流源支路，用于隔离第一电流支路与第一电压支路，使得电压源和电流源能为第一被测器件提供稳点电压和电流的同时，相互之间不会影响。第二隔离模块的第一二极管D2与第二隔离模块的第二二极管D02构分别设置在第二电压源支路和第二电流源支路，用于隔离第二电流支路与第二电压支路，使得第二电压源和电流源能为第二被测器件提供稳点电压和电流的同时，相互之间不会影响。

所述测试系统还包括采样模块，所述采样模块包括第一采样电路和第二采样电路，所述第一采样电路并联在第一被测器件两端，第二采样电路并联在第二被测器件两端，分别对第一被测器件和第二被测器件进行电压采样。

所述测试系统还包括驱动模块，所述驱动模块包括第一驱动模块(图中未示出)和第二驱动模块，所述第一驱动模块(图中未示出)和第二驱动模块分别驱动第一被测器件和第二被测器件进行通断。

所述测试系统还包括开关部件，所述开关部件包括开关部件K1与开关部件K2。开关部件K1位于第一电流支路，控制第一电流支路通断、开关部件K2位于第二电流支路上控制第二电流支路的通断。

如图4所示，第一电流源支路包括电流源I0,第一开关部件K1,二极管D01和电阻R0。其中，电阻R0与电流源I0并联，电流源I0的正极与第一开关部件K1的集电极一端相连接，第一开关部件K1的发射级与二极管D01的正极相连接，二极管D01与测试支路的第一端口连接，电流源I0的负极与测试支路的第二端口连接。第二电流源支路包括电流源I0,第二开关部件K2,二极管D02，其中，电流源I0的正极与第二开关部件K2的一端相连接，第二开关部件K2的另一端与二极管D02的正极相连接，二极管D02与第二条测试支路的第一端口连接，电流源I0的负极与此条测试支路的第二端口连接。第一电压源支路包括电压源V1、电阻R1和二极管D1，电压源V1的正极、电阻R1和二极管D1的正极一侧连接，二极管D1的负极与测试支路的第一端口连接，电压源V1的负极与测试支路的第二端口连接。第二电压源支路包括电压源V2、电阻R2和二极管D2，电压源V2的正极、电阻R2和二极管D2的正极依次连接，二极管D2的负极与第二条测试支路的第一端口连接，电压源V2的负极与第二条测试支路的第二端口连接。测试时，被测器件T1接入第一条测试支路的第三端口与第四端口之间，第三端口与第一端口连通，第四端口与第二端口连通。示例性的，被测器件T1为IGBT，所述IGBT的集电极和发射级分别连接第三端口和第四端口；被测器件T2接入第二条测试支路的第三端口与第四端口之间，第三端口与第一端口连通，第四端口与第二端口连通。示例性的，被测器件T2为IGBT，所述IGBT的集电极和发射级分别连接第三端口和第四端口。

所述测试系统包括开关控制部件(图中未示出)，所述第一开关部件K1的T01端与开关控制部件连接，所述第二开关部件K2的T02端与开关控制部件连接。所述开关控制部件用于控制所述第一开关部件K1和第二开关部件K2同步通断。示例性地，开关控制部件为IGBT驱动电路。

图5示出了一个周期内开关部件K1、开关部件K2、被测器件1和被测器件2的脉冲信号图。如图所示，其中开关部件K1和K2曲线的高电平表示两个开关部件导通，两条电流源支路为对应的测试支路供电，两个被测器件进入测试加热阶段；开关部件K1和K2曲线的低电平表示表示两个开关部件断开，两条电流源支路停止为对应的测试支路供电，两个被测器件进入测试冷却阶段。在所述开关部件K1和K2曲线的高电平阶段，即加热阶段，通过被测器件各自的驱动子模块分别控制被测器件按照指定周期通断。

开关部件K1和开关部件K2在开关控制模块(图中未示出)的控制下同步动作，负责通断第一电流源支路和第二电流源支路，使得第一被测器件和第二被测器件在加热阶段和冷却阶段循环切换，在测试开始前，首先获得特定探测电流下，第一被测器件和第二被测器件结温与导通压降的相互关系。

开关部件K1和开关部件K2同步导通，进入加热阶段，此时由于第一隔离组件和第二隔离组件的作用，第一电压源支路与第一电流源支路相互不干扰，第二电压源支路与第二电流源支路相互不干扰，第一电压源和第二电压源提供母线电压，电流源提供电流。当第一被测器件和第二被测器件断开时，其两端的电压分别等于第一电压源和第二电压源的电压，其电流几乎为零；当第一被测器件和第二被测器件导通时，电流源的电流流入第一被测器件或第二被测器件。第一被测器件和第二被测器件在加热阶段高频通断，并且通断过程互补，使得电流源输出稳定大电流，提高电流源的利用效率，并且避免电流源受到高频通断的影响，从而提高使用寿命。在加热阶段内，第一被测器件和第二被测器件通过导通损耗和通断损耗完成加热过程。

开关部件K1和开关部件K2均为断开状态，进入冷却阶段。被测器件1和2分别在第一驱动模块和第二驱动模块下保持导通状态，第一电压源和第二电压源分别对第一被测器件和第二被测器件输出稳定的小电流作为探测电流，此时第一采样电路和第二采样电路分别采集第一被测器件和第二被测器件两端的电压，获取第一被测器件和第二被测器件在冷却阶段内的导通压接，以换算得到结温，结合测试前得到的结温与探测电流下导通压降的相互关系，得到一个循环周期内的最高结温和结温波动。

第一被测器件两端电压和电流的经典仿真结果分别如图6和图7所示，为了使得第一被测器件和第二被测器件在功率循环过程中最高结温和结温波动相同，可以通过外部调节温度进行平衡，具体方法包括但是不限于调节散热器、门极压降、导通占空比、电压源中一种或几种的组合，从而完成同步测试，提高测试效率。

优选的，在被测半导体加热过程中，可以部分时间通断，部分时间保持常通，时间分配可以任意分配。示例性的，当加热阶段为0-1秒，可以在0-0.5秒内被测器件通断，在0.5-1秒内被测器件进入常通。

如图8所示，为根据本发明实施例中的被测器件的功率循环测试系统的电路结构示意图，其中测试系统包含4条测试支路。

具体的，所述电源模块包括第一电压源支路、第二电压源支路、第三电压源支路、第四电压源支路、第一电流源支路、第二电流源支路、第三电流源支路、第四电流源支路。所述驱动模块包括驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3和驱动电路4。所述开关部件包括开关部件1、开关部件2、开关部件3、开关部件4。第一电压源支路、第二电压源支路、第三电压源支路、第四电压源支路分别包括电压源1、电压源2、电压源3、电压源4。第一电流源支路、第二电流源支路、第三电流源支路、第四电流源支路共同包括一个电流源。所述隔离部件包括二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D11、二极管D21、二极管D31、二极管D41。所述测试支路包括第一测试支路、第二测试支路、第三测试支路、第四测试支路。

电压源1正极连接二极管D11正极、二极管D11负极连接第一测试支路的第一端口，电压源1负极与第一测试支路的第二端口连接。电流源正极与二极管D1正极连接，二极管D1负极与第一测试支路的第一端口连接，电流源负极与第一测试支路的第二端口连接。

电压源2正极连接二极管D21正极、二极管D21负极连接第二测试支路的第一端口，电压源2负极与第二测试支路的第二端口连接。电流源正极与二极管D2正极连接，二极管D2负极与第二测试支路的第一端口连接，电流源负极与第二测试支路的第二端口连接。

电压源3正极连接二极管D31正极、二极管D31负极连接第三测试支路的第一端口，电压源3负极与第三测试支路的第二端口连接。电流源正极与二极管D3正极连接，二极管D3负极与第三测试支路的第一端口连接，电流源负极与第三测试支路的第二端口连接。

电压源4正极连接二极管D41正极、二极管D41负极连接第四测试支路的第一端口，电压源4负极与第四测试支路的第二端口连接。电流源正极与二极管D4正极连接，二极管D4负极与第四测试支路的第一端口连接，电流源负极与第四测试支路的第二端口连接。

驱动电路1、驱动电路2、驱动电路3和驱动电路4分别控制第一测试支路、第二测试支路、第三测试支路、第四测试支路通断。

开关部件包括开关部件1、开关部件2、开关部件3、开关部件4。开关部件1、开关部件2、开关部件3、开关部件4分别安放在所述第一电流源支路、第二电流源支路、第三电流源支路、第四电流源支路上，控制相对应的电流源支路的通断。开关控制部件与所述开关部件1、开关部件2、开关部件3、开关部件4连接，控制所述开关部件1、开关部件2、开关部件3、开关部件4通断。

图9示出了根据本发明实施例中的另一个测试系统电路示意图，所述测试系统采用一个电流源和一个电压源为多条测试支路提供能量。

所述电源电路包括N条电流源支路和N条电压源支路；

所述N条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

所述N条电压源支路共用一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试电路包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口，并包括第三端口与第四端口，用于接入被测器件；

N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；其中，N≥i≥2。

具体地，本发明实施例中，N＝2，即所述两条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

所述两条电压源支路共用一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试电路包括两条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口；每条测试支路还分别包括所述第三端口和第四端口，用于接入被测器件；

每条所述电流源支路中的正极与相对应的测试支路的第一端口连接，电流源支路的负极与对应的测试支路的第二端口连接；

每条所述电压源支路中的正极与相对应的测试支路的第一端口连接，电压源支路的负极与对应的测试支路的第二端口连接；具体的，如图8所示，第一条电流源支路与第一条电压源支路的正极均与第一条测试支路的第一端口连接，第一条电流源支路与第一条电压源支路的负极均与第一条测试支路的第二端口连接；第一条测试支路的第三端口与第四端口之间用于连接被测器件1。第二条电流源支路与第二条电压源支路的正极均与第二条测试支路的第一端口连接，第二条电流源支路与第二条电压源支路的负极均与第二条测试支路的第二端口连接；第二条测试支路的第三端口与第四端口之间用于连接被测器件2。其中，第一条电流源支路包括开关部件1，第二条电流源支路包括开关部件2，第一条电流源支路、第二条电流源支路、第一条电压源直流、第二条电压源支路还分别各自包括一个二极管。其中，第一条电流源支路的二极管正极与开关部件1连接，负极与第一条电压源支路的二极管的负极连接，第一条电压源支路的二极管的正极与电压源正极连接；第二条电流源支路的二极管正极与开关部件2连接，负极与第二条电压源支路的二极管的负极连接，第二条电压源支路的二极管的正极与电压源正极连接。

本发明实施例还公开了一种被测器件功率循环测试方法。

所述测试方法包括如下步骤：将被测器件接入测试电路；控制电源电路为接入测试电路的被测器件提供能量，使得被测器件进入加热阶段；在所述加热阶段，通过驱动电路控制被测器件通断。

进一步的，在所述加热阶段，控制所述电源电路的电压源支路和所述电源电路的电流源支路为所述被测器件供电。

进一步的，在所述加热阶段之后，断开电流源支路对所述被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段；

在所述冷却阶段，由所述电压源支路为所述被测器件供电。

进一步的，在加热阶段：

控制电源电路的N条电流源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电流源支路为第i条测试支路的被测器件供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源电路的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

通过驱动电路的N个驱动子电路分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子电路控制第i条测试支路的被测器件通断；

其中，N≥i≥1。

示例性的，在第一阶段，控制第一组测试支路进入所述加热阶段，控制第二组测试支路进入冷却阶段；

在与第一阶段不同的第二阶段，控制所述第二组测试支路进入加热阶段，控制所述第一组支路进入冷却阶段；

在所述加热阶段：由多条电流源支路为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；由多条电压源支路分别为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段：由多条电压源支路分别为处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；多条电流源支路停止对处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；

第一组测试支路包括N条测试支路，第二组测试支路包括M条测试支路，其中，N>1，M>1。

示例性的，在所述加热阶段之后，断开电源电路的N条电流源支路对N条测试支路的被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段，其中，在所述加热阶段，N条电流源支路由同一个电流源供电；

在冷却阶段，由电源电路的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段，采集至少一个被测器件的电压。

示例性的，通过驱动电路的N个驱动子电路分别控制N条测试支路的被测器件通断，包括：

控制各个所述被测器件通断的占空比相同；和/或

控制被测器件的通断状态互补或同一时刻有且仅有一个所述被测器件处于导通状态；

其中，N≥2。

示例性地，图10示出了本发明实施例1中一个循环周期内开关器件开关部件和被测器件的脉冲信号图。示例性地，测试系统采用如上述实施例中所述的图8中的测试系统，该测试系统中包括4条测试支路。

示例性的，当开关部件1和开关部件2处于导通状态，被测器件1和被测器件2处于加热阶段，被测器件1和被测器件2进行通断，并且通断过程互补，此时开关部件1和开关部件2断开，被测器件3和被测器件4处于冷却阶段；当开关部件3和开关部件4处于导通状态，被测器件3和被测器件4处于加热阶段，被测器件3和被测器件4进行通断，并且通断过程互补，此时开关部件1和开关部件2断开，被测器件1和被测器件2处于冷却阶段。

控制电源电路的N条电流源支路为测试电路中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源电路的N条电压源支路为测试电路中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电压源支路由同一个电压源供电；

在加热阶段，通过驱动电路的N个驱动子电路分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子电路控制第i条测试支路的被测器件通断，对被测器件进行加热；

其中，N≥i≥2。

进一步的，在冷却阶段，采集所述被测试器件的电压；根据采集的电压中调整被测器件的环境温度，提高测试的效率。

进一步的，根据采集的电压值调整所述被测器件所在的环境对所述被测器件的结温参数进行平衡，包括：调节散热器、门极压降、导通占空比和电压源电压中一种或任意几种的组合。

优选的，为了提高测试线路，设备侧器件的占空比可以采用各种PWM。

优选的，添加一些辅助电路或器件使得电压源和电流源输出的电流和电压更加稳定。

图11示出了根据本发明实施例的被测器件测试过程流程图。

所述测试方法概括为以下步骤：

S1：电流源支路的开关部件导通，被测器件进入加热阶段。

S2：被测器件从导通状态变为高频通断或者仍然保持导通或者二者所及结合。电压源和电流源分别提供电压和电流。

S3：加热阶段的最后，进入冷却阶段之前，被测器件开始保持导通。

S4：将开关部件断开，被测器件进入冷却阶段，器件通过小电流测量被测器件的饱和压降，换算结温。

进一步地，根据步骤S4换算的结温，调整被测器件温度，使得被测器件在指定温度范围内工作，并循环执行步骤S1-S4。

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 (24)

1.一种被测器件的功率循环测试系统，其特征在于，

所述测试系统包括电源模块、驱动模块、测试模块，

所述测试模块，用于安装一个或多个所述被测器件；

所述电源模块，用于提供所述被测器件的电压电流；

所述驱动模块，用于控制所述被测器件进行通断。

2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，

所述测试模块包括至少一组第一端口、第二端口、第三端口和第四端口；

所述电源模块正极与第一端口连接，所述电源模块的负极与第二端口连接；

所述第三端口与相应的第四端口之间用于接入被测试的被测器件；

所述第一端口与第三端口连通，所述第二端口与第四端口连通。

3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，

所述电源模块包括N条电流源支路和N条电压源支路；

所述N条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

每条电压源支路分别包括一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试模块包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口；每条测试支路分别包括所述第三端口和第四端口；

N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，N条所述电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

其中，N≥i≥1。

4.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，

所述电源模块包括N条电流源支路和N条电压源支路；

所述N条电流源支路中每条电流源支路共用一个电流源，用于提供测试过程中的电流；

所述N条电压源支路中每条电压源支路共用一个电压源，用于提供测试过程中的电压；

所述测试模块包括N条测试支路，每条测试支路分别包括所述第一端口和第二端口；每条测试支路分别包括所述第三端口和第四端口；

所述N条电流源支路中的第i条电流源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，所述N条电流源支路中的第i条电流源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

所述N条电压源支路中的第i条电压源支路的正极与第i条测试支路的第一端口连接，所述N条电压源支路中的第i条电压源支路的负极与第i条测试支路的第二端口连接；

其中，N≥i≥2。

5.根据权利要求3所述的测试系统，其特征在于，

所述电源模块包括第一电压源支路、第二电压源支路、第一电流源支路、第二电流源支路；所述第一电压源支路包括第一电压源，第二电压源支路包括第二电压源，第二电流源支路和第一电流源支路均包括电流源；

所述测试模块包括第一测试支路和第二测试支路；

所述第一电压源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述第一电压源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电压源支路的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电压源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路的正极与第一测试支路的第一端口连接，所述电流源支路的负极与第一测试支路的第二端口连接；

所述第二电流源支路的正极与第二测试支路的第一端口连接，所述第二电流源支路的负极与第二测试支路的第二端口连接；

所述第一电流源支路包括第一开关部件，所述第一开关部件用于控制所述第一测试支路与所述第一电流源支路之间的通断；

所述第二电流源支路包括第二开关部件，所述第二开关部件用于控制所述第二测试支路与所述第二电流源支路之间的通断。

6.根据权利要求5所述的测试系统，其特征在于，所述测试系统包括开关控制部件，所述开关控制部件用于控制所述第一开关部件和第二开关部件同步通断。

7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于，

所述驱动模块包括第一驱动子模块和第二驱动子模块；

在所述开关控制部件控制所述第一开关部件和第二开关部件同步导通时：

所述第一驱动子模块用于控制第一测试支路的被测器件通断；

所述第二驱动子模块用于控制第二测试支路的被测器件通断。

8.根据权利要求3-6中任一项所述的测试系统，其特征在于，

所述电流源支路和电压源支路之间包括隔离部件，所述电流源支路和电压源支路通过所述隔离部件实现电气隔离。

9.根据权利要求8所述的测试系统，其特征在于，

所述隔离器件包括第一二极管和第二二极管；

所述第一二极管设置在电压源支路上，所述第一二极管的正极与所述电压源正极连通；

所述第二二极管设置在电流源支路上，所述第二二极管的正极与所述电流源的正极连通；所述第一二极管的负极与所述第一端口连接，所述第二二极管的负极与所述第一端口连接。

10.根据权利要求3-5中任一项所述的测试系统，其特征在于，

所述测试系统还包括采样模块，用于采集被测器件的电压。

11.根据权利要求3-5中任一项所述的测试系统，其特征在于，

所述电流源支路包括开关部件，所述开关部件用于控制所述测试支路与电流源支路的通断。

12.根据权利要求11所述的测试系统，其特征在于，

所述测试系统包括开关控制部件，其中，

所述开关控制部件，用于控制所述多个电流源支路中的所述开关部件同步通断。

13.根据权利要求3-5中任一项所述的测试系统，其特征在于，

所述驱动模块包括N个驱动子模块，分别用于驱动N条测试支路中的被测器件通断。

14.根据权利要求3-5中任一项所述的测试系统，其中，

所述驱动模块，用于控制所述测试支路中的被测器件按照指定周期多次通断。

15.一种被测器件的功率循环测试方法，其特征在于，

将被测器件接入测试模块；

控制电源模块为接入测试模块的被测器件提供能量，使得被测器件进入加热阶段；

在所述加热阶段，通过驱动模块控制被测器件通断。

16.根据权利要求15所述的测试方法，其特征在于，

在所述加热阶段，控制所述电源模块的电压源支路和所述电源模块的电流源支路为所述被测器件供电。

17.根据权利要求16所述的测试方法，其特征在于，

在所述加热阶段之后，断开电流源支路对所述被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段；

在所述冷却阶段，由所述电压源支路为所述被测器件供电。

18.根据权利要求16所述的测试方法，其特征在于，在加热阶段：

控制电源模块的N条电流源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电流源支路为第i条测试支路的被测器件供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源模块的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子模块控制第i条测试支路的被测器件通断；

其中，N≥i≥1。

19.根据权利要求18所述的测试方法，其特征在于，

在第一阶段，控制第一组测试支路进入所述加热阶段，控制第二组测试支路进入冷却阶段；

在与第一阶段不同的第二阶段，控制所述第二组测试支路进入加热阶段，控制所述第一组支路进入冷却阶段；

在所述加热阶段：由多条电流源支路为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；由多条电压源支路分别为处于加热阶段的测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段：由多条电压源支路分别为处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；多条电流源支路停止对处于冷却阶段的测试支路的被测器件供电；

第一组测试支路包括N条测试支路，第二组测试支路包括M条测试支路，其中，N>1，M>1。

20.根据权利要求16所述的测试方法，其特征在于，

在所述加热阶段之后，断开电源模块的N条电流源支路对N条测试支路的被测器件的供电，控制所述被测器件进入冷却阶段，其中，在所述加热阶段，N条电流源支路由同一个电流源供电；

在冷却阶段，由电源模块的N条电压源支路分别为N条测试支路的被测器件供电，其中，第i条电压源支路为第i条测试支路的被测器件供电；

在冷却阶段，采集至少一个被测器件的电压。

21.根据权利要求18所述的测试方法，其特征在于，通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，包括：

控制各个所述被测器件通断的占空比相同；和/或

控制被测器件的通断状态互补或同一时刻有且仅有一个所述被测器件处于导通状态；

其中，N≥2。

22.根据权利要求16所述的测试方法，其特征在于，在加热阶段:

控制电源模块的N条电流源支路为测试模块中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电流源支路由同一个电流源供电；

控制电源模块的N条电压源支路为测试模块中的N条测试支路的被测器件分别供电，N条电压源支路由同一个电压源供电；

在加热阶段，通过驱动模块的N个驱动子模块分别控制N条测试支路的被测器件通断，其中，由第i条驱动子模块控制第i条测试支路的被测器件通断；

其中，N≥i≥2。

23.根据权利要求17-21中任一项所述的测试方法，其特征在于，还包括：

在冷却阶段，采集所述被测试器件的电压；

根据采集的电压中调整被测器件的环境温度。

24.根据权利要求23所述的测试方法，其特征在于，所述被测器件为半导体开关器件，方法包括：

根据采集的电压值调整所述被测器件所在的环境对所述被测器件的结温参数进行平衡，包括：调节散热器、门极压降、导通占空比和电压源电压中一种或任意几种的组合。

Images