CN112946449A - 一种功率半导体器件选型方法 - Google Patents

一种功率半导体器件选型方法 Download PDF

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夏雨昕
沈捷
林昆鹏
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    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices
    • G01R31/2601—Apparatus or methods therefor
    • G01R31/2603—Apparatus or methods therefor for curve tracing of semiconductor characteristics, e.g. on oscilloscope

Abstract

本申请实施例中提供了一种功率半导体器件选型方法，属于功率半导体器件评估技术领域，包括：步骤一，得到功率半导体器件的开关速度和驱动电阻的离散点；步骤二，得到开关速度和驱动电阻的相关曲线；步骤三，基于实际工况的要求获得工作开关速度值，获得功率半导体在工作开关速度值对应的匹配驱动电阻值；步骤四，基于配置匹配驱动电阻值下的功率半导体器件，获得功率半导体器件关断和/或开通时的电流变化和电压变化，判断功率半导体器件的性能。通过本申请的处理方案，解决了现有技术中对于特定工况不能准确评判功率半导体器件性能的问题。

Description

一种功率半导体器件选型方法
技术领域
本申请涉及功率半导体器件评估的技术领域，尤其是涉及一种功率半导体器件选型方法。
背景技术
功率半导体器件作是电力电子工业中变频/整流/逆变器等设备的核心，决定了系统的关键电气性能。因此筛选出性能优异、适合应用的功率半导体器件是器件评估、驱动设计以及系统设计的重要步骤。
现有目前对功率半导体器件的评估方式大部分主要参考器件的数据手册，从而进行简单的测试应用，满足需求即可。但是各个功率半导体器件厂商的数据手册中的数据和应用中的工况是不同的，因此难以作为评判不同厂商器件优劣的证据。这带来的问题在短期内可能会影响产品整体的输出能力甚至产品失效，长期会影响器件的寿命。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种一种功率半导体器件选型方法，解决了现有技术中对于特定工况不能准确评判功率半导体器件性能的问题，减小功率半导体器件在短期内对产品整体的输出能力的影响，延长功率半导体器件的寿命。
本申请提供的一种功率半导体器件选型方法采用如下的技术方案：
一种功率半导体器件选型方法，包括如下步骤：
步骤一，在相同测试环境和电压电流温度设置下，对至少一个所述功率半导体器件在不同驱动电阻值下标定对应的开关速度，为标定开关速度值，得到所述功率半导体器件的开关速度和驱动电阻的离散点；
步骤二，基于所述功率半导体器件的离散点，通过拟合或插值法得到开关速度和驱动电阻的相关曲线；
步骤三，基于实际工况的要求获得工作开关速度值，根据开关速度和驱动电阻的相关曲线，获得所述功率半导体在工作开关速度值对应的匹配驱动电阻值；
步骤四，基于配置所述匹配驱动电阻值下的所述功率半导体器件，获得所述功率半导体器件关断和/或开通时的电流变化和电压变化，根据所述功率半导体器件的电流变化和电压变化，判断所述功率半导体器件的性能。
可选的，获得功率半导体器件关断时和开通时的电流变化和电压变化的方法为：通过仿真、测试、或者计算的方法，获得电流随时间的变化曲线和电压随时间的变化曲线。
可选的，将所有所述功率半导体器件关断时的电流变化曲线和电压变化曲线均绘制在第一坐标系中。
可选的，将所有所述功率半导体器件开通时的电流变化和电压变化均绘制在第二坐标系中。
可选的，多个所述功率半导体器件在关断时电压变化的电压峰值一致，在相同的电压峰值下判断各功率半导体器件在关断时的性能。
可选的，多个所述功率半导体器件在开通时各功率半导体器件的电流变化存在相同的阶段，将各功率半导体器件电流变化相同的阶段作为阶段一，将电流变化不同的阶段作为阶段二，根据各功率半导体器件在阶段二的曲线情况来对比不同的功率半导体器件的损耗差异，同时根据阶段一和阶段二评估不同的功率半导体器件的性能。
可选的，将所有所述功率半导体器件开关速度与驱动电阻的相关曲线绘制在同一个坐标系中。
可选的，所述标定开关速度值为电压变化率最大值、电压变化率平均值、电流变化率的最大值、电流变化率的平均值中的任意一个。
综上所述，本申请包括以下有益技术效果：
1、基于相同开关速度情况下的匹配驱动电阻，获得功率半导体器件关断时和开通时的电流变化和电压变化，通过电流变化和电压变化来判断变化功率半导体的性能，基于相同的开关速度对不同的功率半导体器件进行对比，使得评判结果更具有实际意义；
2、开光速度选取来源于工况，使功率半导体器件的评判结合使用的应用端，获得对功率半导体器件更加精准的性能评判，从而获得更适用实际应用端产品的功率半导体器件，减小功率半导体器件在短期内对产品整体的输出能力的影响，延长功率半导体器件的寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，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申请的一些实施例，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它的附图。
图1为本申请功率半导体器件选型方法的流程图；
图2为本申请实施例一中A和B的开关速度和驱动电阻的相关曲线；
图3为本申请实施例一中各功率半导体器件关断时的电流变化曲线和电压变化曲线；
图4为本申请实施例一中各功率半导体器件开通时的电流变化曲线和电压变化曲线。
附图标记说明：1、A的电流变化率和驱动电阻的相关曲线；2、B的电流变化率和驱动电阻的相关曲线；3、B的匹配驱动电阻值；4、A的匹配驱动电阻值；5、B关断时电流随时间的变化曲线；6、A关断时电流随时间的变化曲线；7、A关断时电压随时间的变化曲线；8、B关断时电压随时间的变化曲线；9、A和B关断时的电压峰值；10、B开通时电压随时间的变化曲线；11、A开通时电压随时间的变化曲线；12、A开通时电流随时间的变化曲线；13、B开通时电流随时间的变化曲线；14、阶段一；15、阶段二。
具体实施方式
下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本申请，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
本申请提供一种功率半导体器件选型方法。
实施例一
如图1所示，一种功率半导体器件选型方法，包括如下步骤：
步骤一，建立直角坐标系，以驱动电阻为横坐标，以开关速度为纵坐标。在相同测试环境和电压电流温度设置下，对多个功率半导体器件在不同驱动电阻值下标定对应的开关速度，为标定开关速度值，标定开关速度值为电流变化率的最大值(di/dt，max)，得到电流变化率和驱动电阻的离散点。本实施例中，对两个功率半导体器件进行标定，两个功率半导体器件分别为A和B。在其他实施例中，也可以对三个或四个等数量的功率半导体器件进行标定。标定开关速度值还可以为电流变化率的平均值(di/dt，avg)，也可以是电压变化率的最大值(dv/dt，max)或电压变化率的平均值(dv/dt，avg)。
步骤二，如图2所示，基于各功率半导体器件的离散点，通过曲线拟合法绘制出A的电流变化率和驱动电阻的相关曲线1以及B的电流变化率和驱动电阻的相关曲线2，将A和B的电流变化率与驱动电阻的相关曲线绘制在同一个坐标系上，方便取得同一开关速度下对应的不同驱动电阻。在其他实施例中，曲线也可以通过插值法绘制；也可以分别绘制在不同坐标系中。
步骤三，然后取适合实际工况要求的工作电流变化率值作为标准，A和B选择相同的电流变化率，通过图2的曲线获得相同电流变化率下的A的匹配驱动电阻值4为RgA和相同电流变化率下的B的匹配驱动电阻值3为RgB。
步骤四，基于配置匹配驱动电阻值下的功率半导体器件，获得功率半导体器件关断时的电流变化和电压变化，根据功率半导体器件电流变化和电压变化，判断功率半导体器件在关断时的性能。具体方法如下。
如图3所示，建立直角坐标系，以时间为横坐标、以电流和电压为纵坐标，通过仿真、测试、或者计算的方法，基于RgA和RgB，获得A关断时电流随时间的变化曲线6、A关断时电压随时间的变化曲线7、B关断时电流随时间的变化曲线5和B关断时电压随时间的变化曲线8，而且将获得的四条曲线均绘制在第一坐标系中。
由于是在相同的电流变化率下选择的驱动电阻，那么A和B关断时的电压峰值9对于该两种器件而言是相同的，那么就可以在相同的电压峰值下评判这两种器件的电磁干扰(简称EMI)或者损耗等其他电、热应力方面的参数，从而判断哪个功率半导体器件在关断时损耗更小或者EMI干扰更小。
基于配置匹配驱动电阻值下的功率半导体器件，获得功率半导体器件开通时的电流变化和电压变化，根据功率半导体器件电流变化和电压变化，判断功率半导体器件在开通时的性能。具体方法如下。
如图4所示，建立直角坐标系，以时间为横坐标、以电流和电压为纵坐标，通过仿真、测试、或者计算的方法，基于RgA和RgB，获得A开通时电流随时间的变化曲线12、A开通时电压随时间的变化曲线11、B开通时电流随时间的变化曲线13和B开通时电压随时间的变化曲线10，而且将四条曲线均绘制在第二坐标系中。
由于是在相同的电流变化率下选择的驱动电阻，功率半导体器件在开通时各功率半导体器件的电流变化存在相同的阶段，将不同的功率半导体器件电流变化相同的部分作为阶段一14，将电流变化不同的部分作为阶段二15。在阶段一14时，电流的上升速率是几乎相同的，因此阶段一14的损耗基本可以认为一致，那么对于损耗方面，只需要考虑阶段二15的损耗，因此可以评估出不同的功率半导体器件的损耗差异，同时根据阶段一14和阶段二15可以评估出不同的功率半导体器件的EMI表现，从而判断哪个功率半导体器件在开通时损耗更小或者EMI干扰更小，从而选择出适合应用的功率半导体器件。
实施例二
一种功率半导体器件选型方法，包括如下步骤：
步骤一，建立直角坐标系，以驱动电阻为横坐标，以开关速度为纵坐标。在相同测试环境和电压电流温度设置下，对一个功率半导体器件在不同驱动电阻值下标定对应的开关速度，得到开关速度和驱动电阻的离散点，本实施例中，开关速度选择功率半导体器件开关时的电流变化率。
步骤二，基于功率半导体器件的离散点，通过插值法绘制出功率半导体器件的电流变化率和驱动电阻的相关曲线。
步骤三，然后取适合实际工况要求的工作电流变化率值作为标准，获得电流变化率匹配驱动电阻值。
步骤四，基于功率半导体器件对应的匹配驱动电阻值，获得功率半导体器件关断时的电流变化和电压变化，根据功率半导体器件电流变化和电压变化，判断功率半导体器件在关断时的性能。具体方法如下。
建立直角坐标系，以时间为横坐标、以电流和电压为纵坐标，通过仿真、测试、或者计算的方法，基于功率半导体器件对应的驱动电阻值，获得功率半导体器件关断时电流随时间的变化曲线和电压随时间的变化曲线，根据电流变化曲线和电压变化曲线评判功率半导体器件的电磁干扰(简称EMI)或者损耗等其他电、热应力方面的参数。
基于功率半导体器件对应的匹配驱动电阻值，获得功率半导体器件开通时的电流变化和电压变化，根据功率半导体器件电流变化和电压变化，判断功率半导体器件在关断时的性能。具体方法如下。
建立直角坐标系，以时间为横坐标、以电流和电压为纵坐标，通过仿真、测试、或者计算的方法，基于功率半导体器件对应的驱动电阻值，获得功率半导体器件开通时电流随时间的变化曲线和电压随时间的变化曲线，根据电流变化曲线和电压变化曲线评判功率半导体器件的电磁干扰(简称EMI)或者损耗等其他电、热应力方面的参数。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种功率半导体器件选型方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，在相同测试环境和电压电流温度设置下，对至少一个所述功率半导体器件在不同驱动电阻值下标定对应的开关速度，为标定开关速度值，得到所述功率半导体器件的开关速度和驱动电阻的离散点；
步骤二，基于所述功率半导体器件的离散点，通过拟合或插值法得到开关速度和驱动电阻的相关曲线；
步骤三，基于实际工况的要求获得工作开关速度值，根据开关速度和驱动电阻的相关曲线，获得所述功率半导体在工作开关速度值对应的匹配驱动电阻值；
步骤四，基于配置所述匹配驱动电阻值下的所述功率半导体器件，获得所述功率半导体器件关断和/或开通时的电流变化和电压变化，根据所述功率半导体器件的电流变化和电压变化，判断所述功率半导体器件的性能。
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于：获得功率半导体器件关断时和开通时的电流变化和电压变化的方法为：通过仿真、测试、或者计算的方法，获得电流随时间的变化曲线和电压随时间的变化曲线。
3.根据权利要求2所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于：将所有所述功率半导体器件关断时的电流变化曲线和电压变化曲线均绘制在第一坐标系中。
4.根据权利要求2所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于：将所有所述功率半导体器件开通时的电流变化和电压变化均绘制在第二坐标系中。
5.根据权利要求1所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于：多个所述功率半导体器件在关断时电压变化的电压峰值一致，在相同的电压峰值下判断各功率半导体器件在关断时的性能。
6.根据权利要求1所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于：多个所述功率半导体器件在开通时各功率半导体器件的电流变化存在相同的阶段，将各功率半导体器件电流变化相同的阶段作为阶段一，将电流变化不同的阶段作为阶段二，根据各功率半导体器件在阶段二的曲线情况来对比不同的功率半导体器件的损耗差异，同时根据阶段一和阶段二评估不同的功率半导体器件的性能。
7.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于，将所有所述功率半导体器件开关速度与驱动电阻的相关曲线绘制在同一个坐标系中。
8.根据权利要求1-6任一项所述的功率半导体器件选型方法，其特征在于，所述标定开关速度值为电压变化率最大值、电压变化率平均值、电流变化率的最大值、电流变化率的平均值中的任意一个。
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