CN112986785A - 一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块及方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块及方法，涉及功率循环试验领域。包括：一级单片机以及通过串口与其相连的上位机，所述一级单片机还通过输出I/O接口连接有若干组二级单片机组，所述二级单片机组通过电压调节模块与驱动模块相连；任意一个所述二级单片机组均包括正压二级控制单元和负压二级控制单元，所述电压调节模块均包括正压调节单元和负压调节单元；所述正压二级控制单元通过所述正压调节单元与所述驱动模块相连，所述负压二级控制单元通过所述负压调节单元与所述驱动模块相连。针对不同的功率循环试验器件的栅极电压的可调，使栅极电压的调节更加便利，同时使得功率循环设备更加集成化。
Description
技术领域
本发明涉及功率循环试验领域，尤其涉及一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块及方法。
背景技术
功率循环试验是检测半导体器件封装可靠性的最重要的试验。通过对被测器件施加周期循环的电流载荷，使被测器件产生周期循环的温度波动，对于叠装结构的功率半导体器件，由于各层材料热膨胀系数的不匹配产生周期的热应力，热应力在器件的薄弱点集中，从而造成器件的老化失效。图1为针对IGBT（IGBT - 绝缘栅双极晶体管）模块的功率循环最常用的电路拓扑，也是最基本的拓扑，从图中可知，器件的栅-射极直接连接着一个电压源V ge使模块保持（CE极）开通状态，而通过开关S来控制负载电流I load是否流过被测器件，利用小电流I sense下饱和压降的方法(V CE(T)法)进行器件结温的测量。一个开关周期中，在开关S闭合时，模块经由负载电流加热，结温上升达到指定温度；在开关S断开后，模块在此期间内冷却，结温下降到指定温度。由此可见器件的结温波动与最大结温主要由负载电流和开通时间决定。
但是在实际试验过程中，通过负载电流和开通时间的调节，并不能使器件结温准确的达到某一设定的温度条件。考虑到栅极电压对模块I-V特性曲线的影响，如图2所示，在相同负载电流下，器件的栅极电压越高，导通压降越低，产生的功率损耗越小，结温越小。因此在实际功率循环实验中，需要对被测器件的栅极电压进行调整从而达到精细调整器件结温的目的。目前广泛在驱动电路中采用可调电阻达到对栅极电压的调节，由此栅极驱动电路需要放在功率循环设备中可便于操作的地方，不利于设备的集成封装。而且可调电阻的调节精度不够，无法准确、快速地将电压调节到某一设定值。因此，通过数控方式进行电压的调节具有优越性，不但可以使设备的集成度更高，而且可以更加准确快速的进行栅极电压的调节。
对于不同的半导体器件，如MOSFET，由于其结构的不同，在同样采用VCE(T)法进行结温测量时，需要栅极电压为负压使MOSFET处于关断状态。因此针对MOSFET器件的功率循环试验，栅极电压需要同时做到正负压可调。
发明内容
本发明的目的是实现通过数控的方式针对不同的功率循环试验器件的栅极电压的可调，使栅极电压的调节更加便利，同时使得功率循环设备更加集成化。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，包括：一级单片机以及通过串口与其相连的上位机，所述一级单片机还通过输出I/O接口连接有若干组二级单片机组，所述二级单片机组通过电压调节模块与驱动模块相连；任意一个所述二级单片机组均包括正压二级控制单元和负压二级控制单元，所述电压调节模块均包括正压调节单元和负压调节单元；所述正压二级控制单元通过所述正压调节单元与所述驱动模块相连，所述负压二级控制单元通过所述负压调节单元与所述驱动模块相连。
进一步的，所述一级单片机和所述二级单片机组均采用STM32系列单片机作为控制芯片。
进一步的，所述驱动模块上设有用于接受NI信号的NI接口。
进一步的，所述二级单片机组设置为六组，所述电压调节模块和所述驱动模块数量与所述二级单片机组数量一致。
进一步的，任意一路驱动信号之间互相隔离。
本申请还公开了一种用于功率循环实验的输出数控可调方法，使用如上述的可用于不同功率半导体器件功率循环试验的数控输出可调驱动模块。
进一步的，具体为：一级单片机通过串口与上位机进行通信，将上位机的通道选择信息进行处理，同时将正负压幅值等信息传输到二级单片机，由二级单片机根据给定的正负压幅值输出相应的脉冲到电压调节模块的输入端，从而得到正电压和负电压。
进一步的，每一路驱动信号都是要隔离的，对于二级单片机和电压调节模块的供电电源均需要进行隔离。
进一步的，将正电压和负电压同时输入到驱动模块，根据NI给定的信号进行电压输出：当NI给正电压信号时，驱动电路输出正电压；当NI不给信号或给负电压信号时，驱动电路输出负电压。
本发明的有益效果：
1、不需要调节可调电阻，利用上位机直接设置栅极电压，实现设备的集成化。
2、避免了可调电阻调节精度不够，调节有延迟的缺点，本发明可以准确、快速的将栅极电压调节到设定值。
3、针对不同的被测器件，实现了驱动电路的集成。
附图说明
图1为DC功率循环电路原理图。
图2为本发明的IGBT器件的I-V特性曲线。
图3为驱动电路的控制流程图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
一款针对不同的功率循环器件，利用数控的方式对被测器件的栅极电压进行调节。
一种可用于不同功率半导体器件功率循环试验的数控输出可调驱动模块，包括：一级单片机1以及通过串口与其相连的上位机5，所述一级单片机还通过输出I/O接口连接有若干组二级单片机组2，所述二级单片机组通过电压调节模块3与驱动模块4相连；任意一个所述二级单片机组均包括正压二级控制单元21和负压二级控制单元22，所述电压调节模块均包括正压调节单元31和负压调节单元32；所述正压二级控制单元通过所述正压调节单元与所述驱动模块相连，所述负压二级控制单元通过所述负压调节单元与所述驱动模块相连。
一级单片机和二级单片机均采用STM32系列单片机作为控制芯片。一级单片机通过串口与上位机进行通信，将上位机的通道选择信息进行处理，同时将正负压幅值等信息传输到二级单片机，由二级单片机根据给定的正负压幅值输出相应的脉冲到电压调节模块的输入端，从而得到正电压和负电压。这里需要注意的是由于每一路驱动信号都是要隔离的，因此对于二级单片机和电压调节模块的供电电源均需要进行隔离。最后将正电压和负电压同时输入到驱动模块，根据NI给定的信号进行电压输出：当NI给正电压信号时，驱动电路输出正电压；当NI不给信号或给负电压信号时，驱动电路输出负电压，由此可进行IGBT模式和MOS模式的选择。
以上所述实施例，只是本发明的较佳实例，并非来限制本发明的实施范围，故凡依本发明申请专利范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均应属于本发明专利申请所保护的范围内。
Claims (9)
1.一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，其特征在于，包括：一级单片机（1）以及通过串口与其相连的上位机（5），所述一级单片机还通过输出I/O接口连接有若干组二级单片机组（2），所述二级单片机组通过电压调节模块（3）与驱动模块（4）相连；任意一个所述二级单片机组均包括正压二级控制单元（21）和负压二级控制单元（22），所述电压调节模块均包括正压调节单元（31）和负压调节单元（32）；所述正压二级控制单元通过所述正压调节单元与所述驱动模块相连，所述负压二级控制单元通过所述负压调节单元与所述驱动模块相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，其特征在于：所述一级单片机和所述二级单片机组均采用STM32系列单片机作为控制芯片。
3.根据权利要求1所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，其特征在于：所述驱动模块上设有用于接受NI信号的NI接口。
4.根据权利要求1所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，其特征在于：所述二级单片机组设置为六组，所述电压调节模块和所述驱动模块数量与所述二级单片机组数量一致。
5.根据权利要求1所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块，其特征在于：任意一路驱动信号之间互相隔离。
6.一种用于功率循环实验的输出数控可调方法，其特征在于使用如权利要求1-5任意一项所述的用于功率循环实验的输出数控可调驱动模块。
7.根据权利要求6所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调方法，其特征在于具体为：
一级单片机通过串口与上位机进行通信，将上位机的通道选择信息进行处理，同时将正负压幅值等信息传输到二级单片机，由二级单片机根据给定的正负压幅值输出相应的脉冲到电压调节模块的输入端，从而得到正电压和负电压。
8.根据权利要求7所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调方法，其特征在于：每一路驱动信号都是要隔离的，对于二级单片机和电压调节模块的供电电源均需要进行隔离。
9.根据权利要求8所述的一种用于功率循环实验的输出数控可调方法，其特征在于：将正电压和负电压同时输入到驱动模块，根据NI给定的信号进行电压输出：当NI给正电压信号时，驱动电路输出正电压；当NI不给信号或给负电压信号时，驱动电路输出负电压。
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