CN114545189A - 一种功率器件测试系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种功率器件测试系统和方法。包括：电源模块、频率调节模块、测量模块和处理模块；所述电源模块用于提供可调节的输出电流；所述频率调节模块用于调节所述待测功率器件的工作频率，并根据所述工作频率驱动所述待测功率器件；所述测量模块用于测量不同所述工作频率下相应的所述输出电流的所述待测功率器件的工作温度，并在所述工作温度与预设温度的差值在误差区间内情况下测量所述待测功率器件的工作电流；所述处理模块用于根据所述工作频率和所述工作电流获得所述待测功率器件的工作特性。本发明的技术方案，实现功率器件工作频率调整以及工作电流的测试，提高了功率器件的安全工作区的准确性。

Description

一种功率器件测试系统和方法

技术领域

本发明实施例涉及器件测试技术领域，尤其涉及一种功率器件测试系统和方法。

背景技术

在应用电路中功率器件的参数，往往是互相有限制的。在实际使用时需确认功率器件工作频率与工作电流的关系曲线。目前功率器件厂商基本采用理论计算的方式给出曲线，在具体数据测试过程还存在不足，功率器件使用者只能对理论计算的曲线进行参考，不能满足实际测试需求。

发明内容

本发明提供一种功率器件测试系统和方法，实现功率器件工作频率调整以及工作电流的测试，提高了功率器件的安全工作区的准确性。

第一方面，本发明实施例提供了一种功率器件测试系统，包括：电源模块、频率调节模块、测量模块和处理模块；

所述电源模块的第一端与待测功率器件的第一端连接；所述电源模块的第二端与所述待测功率器件的第二端连接；所述电源模块用于提供可调节的输出电流；

所述频率调节模块与所述待测功率器件的控制端连接；所述频率调节模块用于调节所述待测功率器件的工作频率，并根据所述工作频率驱动所述待测功率器件；所述测量模块与所述待测功率器件连接；所述测量模块用于测量不同所述工作频率下相应的所述输出电流的所述待测功率器件的工作温度，并在所述工作温度小于或等于预设温度情况下测量所述待测功率器件的工作电流；

所述处理模块分别与所述测量模块和所述频率调节模块连接；所述处理模块用于根据所述工作频率和所述工作电流获得所述待测功率器件的工作特性。

可选的，所述电源模块包括电源单元、功率电感、功率二极管和负载单元；

所述电源单元的正极与所述功率电感的第一端连接；所述功率电感的第二端与所述待测功率器件的第一端连接；所述待测功率器件的第二端与所述电源单元的负极连接；

所述功率二极管的正极与所述功率电感的第二端连接；所述功率二极管的负极与所述负载单元的第一端连接；所述负载单元的第二端与所述电源单元的负极连接；所述负载单元用于调节所述电源单元的输出电流。

可选的，所述测量模块包括电流测量单元和温度测量单元；

所述待测功率器件的第二端与所述电源单元的负极之间连接所述电流测量单元；所述电流测量单元与所述处理模块连接；所述电流测量单元用于测量所述工作电流，并将所述工作电流发送至所述处理模块；

所述温度测量单元与所述待测功率器件连接；所述温度测量单元用于测量所述工作温度，并将所述工作温度发送至所述处理模块；所述处理模块还用于将所述工作温度与预设温度进行比较。

可选的，所述电流测量单元包括采样电阻和放大器；

所述采样电阻的第一端与所述待测功率器件的第二端连接；所述采样电阻的第二端与所述电源单元的负极连接；所述放大器的第一输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述放大器的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接；所述放大器的输出端与所述处理模块连接；所述放大器用于放大所述采样电阻两端的电压信号；所述处理模块还用于根据所述电压信号和所述采样电阻的阻值获得所述工作电流。

可选的，所述温度测量单元包括第二电阻、热敏电阻和比较器；

所述第二电阻的第一端接入第一电压信号，所述第二电阻的第二端分别与所述比较器的第一输入端和所述热敏电阻的第一端连接；所述热敏电阻的第二端接地；所述比较器的第二输入端接入第二电压信号；所述比较器的输出端与所述处理模块连接。

可选的，所述热敏电阻设置在所述待测功率器件的外壳表面上。

可选的，频率调节模块包括调节单元、频率单元和驱动单元；

所述调节单元与所述频率单元连接；所述频率单元与所述驱动单元连接；所述驱动单元与所述待测功率器件的控制端连接；所述调节单元用于输出频率调节信号；所述频率单元用于根据所述频率调节信号输出工作频率；所述驱动单元用于根据所述工作频率驱动所述待测功率器件。

可选的，所述调节单元包括第一电阻和调节电阻；所述第一电阻的第一端接入第一电压信号；所述第一电阻的第二端分别与所述调节电阻的第一端和所述频率单元连接；所述调节电阻的第二端接地。

可选的，所述的功率器件测试系统，还包括散热器；

所述待测功率器件安装在所述散热器上，所述散热器用于给所述待测功率器件进行散热。

第二方面，本发明实施例提供了一种功率器件测试方法，由本发明实施例提供的任一所述的功率器件测试系统执行，所述方法包括：

所述电源模块提供可调节的输出电流；

所述频率调节模块调节所述待测功率器件的工作频率，并根据所述工作频率驱动所述待测功率器件；

所述测量模块测量不同所述工作频率下相应的所述输出电流的所述待测功率器件的工作温度，并在所述工作温度小于或等于预设温度情况下测量所述待测功率器件的工作电流；

所述处理模块用于根据所述工作频率和所述工作电流获得所述待测功率器件的工作特性。

本发明实施例提供的技术方案，通过频率调节模块调节设定输出的工作频率，利用电源模块调节电源的输出电流，测量模块测量该工作频率下的不同输出电流的待测功率器件的工作温度和工作电流，其中，调节电源的输出电流过程中，需要使工作温度低于待测功率器件的极限温度，因此结合测量点工作温度可以通过电源模块调节输出电流使工作温度更加接近极限温度，从而可以获得功率器件可以通过的电流最大值。最后再利用频率调节模块调节设定输出其他的工作频率，从而实现测量每一工作频率下的不同输出电流的待测功率器件的工作温度和工作电流，处理模块根据测量的不同工作频率对应的工作电流，经过分析处理即可获得待测功率器件的工作频率和工作电流之间关系曲线等工作特性，从而可以实际测试功率器件在不同开关频率下的工作电流的最大值，根据实际的工作频率和工作电流数据，绘制出两者的关系曲线，进而可以提高功率器件的工作频率和工作电流的安全工作区的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种功率器件测试系统的结构示意图。

图2为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图。

图3为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的一种功率器件测试方法的流程示意图。

图6为本发明实施例提供的又一种功率器件测试方法的流程示意图。

图7为为本发明实施例提供的一种工作频率与工作电流的曲线的示意图。

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、完整地描述，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。

图1为本发明实施例提供的一种功率器件测试系统的结构示意图，参见图1，包括：电源模块110、频率调节模块120、测量模块130和处理模块140。

电源模块110的第一端与待测功率器件150的第一端连接。所述电源模块110的第二端与待测功率器件150的第二端连接。电源模块110用于提供可调节的输出电流。

频率调节模块120与待测功率器件150的控制端连接。频率调节模块120用于调节待测功率器件150的工作频率，并根据工作频率驱动待测功率器件150。测量模块130与待测功率器件150连接。测量模块130用于测量不同工作频率下相应的输出电流的待测功率器件150的工作温度，并在工作温度小于或等于预设温度情况下测量所述待测功率器件150的工作电流。

处理模块140分别与测量模块130和频率调节模块120连接。处理模块140用于根据工作频率和工作电流获得待测功率器件150的工作特性。

具体的，待测功率器件150指需要测试工作频率和工作电流的功率器件，其中，功率器件是输出功率比较大的电子元器件，例如功率器件包括大功率晶体管、晶闸管、双向晶闸管、金属-氧化物半导体场效应晶体管和绝缘栅双极型晶体管等。在应用电路中功率器件的工作频率和工作电流是功率器件使用的重要参数，其中工作频率是指功率器件的开关频率，工作电流是指流过功率器件的电流。当有工作电流流过功率器件时，电源模块110和待测功率器件150组成电流回路，待测功率器件150内会积累热量，一般功率器件使用规格中会限定功率器件的极限温度，即预设温度。功率器件的工作温度需要低于或等于极限温度，因此通过调节电源模块110的输出电流，可以调节功率器件的工作温度，避免测试中工作温度超过极限温度，其中电源模块110输出为额定直流电压。频率调节模块120可以调节输出功率器件的工作频率，并根据工作频率驱动待测功率器件150。

功率器件测试系统的工作过程为：将待测功率器件150进行连接后，通过频率调节模块120调节设定输出的工作频率，利用电源模块110调节电源的输出电流，测量模块130测量该工作频率下的不同输出电流的待测功率器件150的工作温度和工作电流，其中，调节电源的输出电流过程中，需要使工作温度低于或等于待测功率器件150的极限温度，因此结合测量点工作温度可以通过电源模块110调节输出电流使工作温度更加接近极限温度，从而可以获得功率器件可以通过的电流最大值。最后再利用频率调节模块120调节设定输出其他的工作频率，从而实现测量每一工作频率下的不同输出电流的待测功率器件150的工作温度和工作电流，处理模块140根据测量的不同工作频率对应的工作电流，经过分析处理即可获得待测功率器件150的工作频率和工作电流之间关系曲线等工作特性，从而可以实际测试功率器件在不同开关频率下的工作电流的最大值，根据实际的工作频率和工作电流数据，绘制出两者的关系曲线，进而可以提高功率器件的工作频率和工作电流的安全工作区的准确性。

图2为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图，参见图2，电源模块110包括电源单元111、功率电感L1、功率二极管D1和负载单元112。

电源单元111的正极与功率电感L1的第一端连接。功率电感L1的第二端与待测功率器件150的第一端连接。待测功率器件150的第二端与电源单元111的负极连接。

功率二极管D1的正极与功率电感L1的第二端连接。功率二极管D1的负极与负载单元112的第一端连接。负载单元112的第二端与电源单元111的负极连接。负载单元112用于调节电源单元111的输出电流。

具体的，电源单元111为直流电源，提供额定的直流电压，为整个系统提供电压和电流。功率电感L1、功率二极管D1和待测功率器件150构成功率因数校正升压电路。当功率器件驱动导通时，功率电感L1上的电压等于电源单元111输出电压,此时功率电感L1和待测功率器件150形成回路，输出电压对功率电感L1充电。当功率器件驱动截止时，功率电感L1电压反相且加上输出电压经由功率二极管D1对负载单元112放电。结合测量模块130测量的工作温度，当工作温度未达到待测功率器件150的极限温度，可以加大负载单元112的直流负载即减少负载电阻，使电源单元111的输出电流增大，电源单元111的电流输出增大从而使待测功率器件150的温度逐渐增大。因此在极限温度限制之下可以通过调节负载单元112实现测量功率器件不同的工作电流，当工作温度达到极限温度时，可以测得最大的工作电流。

图3为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图，参见图3，测量模块130包括电流测量单元131和温度测量单元132。

待测功率器件150的第二端与电源单元111的负极之间连接电流测量单元131。电流测量单元131与处理模块140连接。电流测量单元131用于测量工作电流，并将工作电流发送至处理模块140。

温度测量单元132与待测功率器件150连接。温度测量单元132用于测量工作温度，并将工作温度发送至处理模块140。处理模块140还用于将工作温度与预设温度进行比较。

具体的，电流测量单元131第二端和电源单元111的负极之间，电流测量单元131测量待测功率器件150和电源单元111之间的电流即流过待测功率器件150的工作电流。温度测量单元132可以设置在待测功率器件150的表面，测量待测功率器件150的壳温作为待测功率器件150的工作温度，随着流过待测功率器件150的工作电流增大，待测功率器件150的壳温也会增大。待测功率器件150的工作温度存在极限温度，示例性的，预设温度为极限温度150℃，处理模块140将工作温度与预设温度进行比较，若待测功率器件150的工作温度大于150℃，则需要降低工作电流。当测功率器件的工作温度在150℃误差区域内时，则此时可以测得流过待测功率器件150的最大工作电流值。

继续参见图3，电流测量单元包括采样电阻R1和放大器D2。

采样电阻R1的第一端与待测功率器件150的第二端连接。采样电阻R1的第二端与电源单元111的负极连接。放大器D2的第一输入端与采样电阻R1的第一端连接，放大器D2的第二输入端与采样电阻R1的第二端连接。放大器D2的输出端与处理模块140连接。放大器D2用于放大采样电阻R1两端的电压信号。处理模块140还用于根据电压信号和采样电阻R1的阻值获得工作电流。

具体的，在待测功率器件150的第二端和电源单元111的负极之间设置一个采样电阻R1，其中，采样电阻R1为固定阻值，放大器D2的两个输入端分别连接采样电阻R1的两端，采集采样电阻R1两端的电压信号，处理模块140根据电压信号计算获得采样电阻两端的电压，采样电阻R1的阻值为已知量，利用U＝IR可以计算出工作电流。

继续参见图3，温度测量单元132包括第二电阻R2、热敏电阻R3和比较器D3。

第二电阻R2的第一端接入第一电压信号，第二电阻R2的第二端分别与比较器D3的第一输入端和热敏电阻R3的第一端连接。热敏电阻R3的第二端接地。比较器D3的第二输入端接入第二电压信号。比较器D3的输出端与处理模块140连接。

具体的，热敏电阻R3是一种传感器电阻，其电阻值随着温度的变化而改变，按照温度系数不同分为正温度系数热敏电阻和负温度系数热敏电阻。正温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而增大，负温度系数热敏电阻器的电阻值随温度的升高而减小，它们同属于半导体器件。示例性的，本发明实施例使用正温度系数热敏电阻器，可选的，热敏电阻R3设置在待测功率器件150的外壳表面上。热敏电阻R3的阻值随着待测功率器件150温度升高而增大，热敏电阻R3与第二电阻组成分压电路，第二电阻R2接入第一电压信号，示例性的，第一电压信号为3.3V，第二电压信号为1.5V。比较器D3的第一输入端为正输入端，比较器D3的第二输入端为负输入端。温度测量单元的工作过程为，当待测功率器件150工作温度上升，热敏电阻R3的阻值增大，第二电阻R2的分压变小，当第二电阻R2的分压小于第二电压信号，则比较器D3输出低电平，当处理模块140接收到低电平，则需要调节负载单元112降低工作电流，避免待测功率器件150损坏。

图4为本发明实施例提供的又一种功率器件测试系统的结构示意图，参见图4，频率调节模块120包括调节单元121、频率单元122和驱动单元123。

调节单元121与频率单元122连接。频率单元122与驱动单元123连接。驱动单元123与待测功率器件150的控制端连接。调节单元121用于输出频率调节信号。频率单元122用于根据频率调节信号输出工作频率。驱动单元123用于根据工作频率驱动待测功率器件150。

具体的，调节单元121可以设置输出频率调节信号，频率单元122根据频率调节信号可以输出相应的工作频率，其中，频率调节信号和工作频率具有对应关系，因此可以根据待测功率器件150的需要测量的工作频率进行设置。频率单元122输出工作频率后，驱动单元123根据工作频率驱动待测功率器件150根据工作频率进行工作。其中频率单元122和处理模块140可以集成在同一中央处理器410中，由中央处理器410执行信息处理，从而可以减少硬件，降低硬件体积。

继续参见图4，调节单元121包括第一电阻R4和调节电阻RT1。第一电阻R4的第一端接入第一电压信号。第一电阻R4的第二端分别与调节电阻RT1的第一端和频率单元122连接。调节电阻RT1的第二端接地。

具体的，第一电阻R4和调节电阻RT1组成分压电路，调节电阻RT1可线性增大或减小其阻值，经过与第一电阻R4分压，将分压电压发送至频率单元122，频率单元122可采样到对应电压值，由于电压值与工作频率在频率单元122中具有对应关系，因此频率单元122根据采样电压值对应输出相应的工作频率。

可选的，功率器件测试系统，还包括散热器。

待测功率器件安装在散热器上，散热器用于给待测功率器件进行散热。

具体的，待测功率器件的一面紧贴在散热器表面上，散热器可以采用水冷散热。

图5为本发明实施例提供的一种功率器件测试方法的流程示意图，由本发明实施例任一的功率器件测试系统执行，方法包括：

S510、电源模块提供可调节的输出电流。

S520、频率调节模块调节待测功率器件的工作频率，并根据工作频率驱动待测功率器件。

S530、测量模块测量不同工作频率下相应的输出电流的待测功率器件的工作温度，并在工作温度小于或等于预设温度情况下测量待测功率器件的工作电流。

S540、处理模块用于根据工作频率和工作电流获得待测功率器件的工作特性。

具体的，将待测功率器件进行连接后，通过频率调节模块调节设定输出的工作频率，利用电源模块调节电源的输出电流，测量模块测量该工作频率下的不同输出电流的待测功率器件的工作温度和工作电流，其中，调节电源的输出电流过程中，需要使工作温度低于待测功率器件的极限温度，因此结合测量点工作温度可以通过电源模块调节输出电流使工作温度更加接近极限温度，从而可以获得功率器件可以通过的电流最大值。最后再利用频率调节模块调节设定输出其他的工作频率，从而实现测量每一工作频率下的不同输出电流的待测功率器件的工作温度和工作电流，处理模块根据测量的不同工作频率对应的工作电流，经过分析处理即可获得待测功率器件的工作频率和工作电流之间关系曲线等工作特性，从而可以实际测试功率器件在不同开关频率下的工作电流的最大值，根据工作频率和工作电流数据，绘制出两者的关系曲线，进而可以提供功率器件的工作频率和工作电流的安全工作区。

图6为本发明实施例提供的又一种功率器件测试方法的流程示意图，图7为为本发明实施例提供的一种工作频率与工作电流的曲线的示意图，结合图4，参见图6和图7，方法包括：

S610、将待测功率器件接入测试系统，并设定待测功率器件测试的工作频率。

具体的，电路电流从电源单元111的正极经过功率电感L1、功率二极管D1、待测功率器件150、敷在单元、采样电阻回到电源单元111的负极。示例性的，工作频率f设定为10kHz，待测功率器件150产生热量，通过热敏电阻对待测功率器件150进行温度采样，将此时待测功率器件150的温度发送至中央处理器。中央处理器判断待测功率器件150的工作温度是否未达到的预设温度，如果未达预设温度，可以通过调节负载单元112，加大直流负载，使工作电流增大，逐一测量直到测量的工作温度达到预设温度。

S620、记录开关频率和工作电流。

S630、调整待测功率器件测试的工作频率，测量获得待测功率器件在不同开关频率的对应工作电流。

S640、将工作频率和工作电流的数据点绘制成工作频率与工作电流的曲线。

具体的，图7中横坐标为工作频率，纵坐标为工作电流，Tc为待测功率器件的工作温度。

最后应说明的是：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 (10)

1.一种功率器件测试系统，其特征在于，包括：电源模块、频率调节模块、测量模块和处理模块；

所述电源模块的第一端与待测功率器件的第一端连接；所述电源模块的第二端与所述待测功率器件的第二端连接；所述电源模块用于提供可调节的输出电流；

所述频率调节模块与所述待测功率器件的控制端连接；所述频率调节模块用于调节所述待测功率器件的工作频率，并根据所述工作频率驱动所述待测功率器件；所述测量模块与所述待测功率器件连接；所述测量模块用于测量不同所述工作频率下相应的所述输出电流的所述待测功率器件的工作温度，并在所述工作温度小于或等于预设温度情况下测量所述待测功率器件的工作电流；

所述处理模块分别与所述测量模块和所述频率调节模块连接；所述处理模块用于根据所述工作频率和所述工作电流获得所述待测功率器件的工作特性。

2.根据权利要求1所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述电源模块包括电源单元、功率电感、功率二极管和负载单元；

所述电源单元的正极与所述功率电感的第一端连接；所述功率电感的第二端与所述待测功率器件的第一端连接；所述待测功率器件的第二端与所述电源单元的负极连接；

所述功率二极管的正极与所述功率电感的第二端连接；所述功率二极管的负极与所述负载单元的第一端连接；所述负载单元的第二端与所述电源单元的负极连接；所述负载单元用于调节所述电源单元的输出电流。

3.根据权利要求2所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述测量模块包括电流测量单元和温度测量单元；

所述待测功率器件的第二端与所述电源单元的负极之间连接所述电流测量单元；所述电流测量单元与所述处理模块连接；所述电流测量单元用于测量所述工作电流，并将所述工作电流发送至所述处理模块；

所述温度测量单元与所述待测功率器件连接；所述温度测量单元用于测量所述工作温度，并将所述工作温度发送至所述处理模块；所述处理模块还用于将所述工作温度与预设温度进行比较。

4.根据权利要求3所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述电流测量单元包括采样电阻和放大器；

所述采样电阻的第一端与所述待测功率器件的第二端连接；所述采样电阻的第二端与所述电源单元的负极连接；所述放大器的第一输入端与所述采样电阻的第一端连接，所述放大器的第二输入端与所述采样电阻的第二端连接；所述放大器的输出端与所述处理模块连接；所述放大器用于放大所述采样电阻两端的电压信号；所述处理模块还用于根据所述电压信号和所述采样电阻的阻值获得所述工作电流。

5.根据权利要求3所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述温度测量单元包括第二电阻、热敏电阻和比较器；

所述第二电阻的第一端接入第一电压信号，所述第二电阻的第二端分别与所述比较器的第一输入端和所述热敏电阻的第一端连接；所述热敏电阻的第二端接地；所述比较器的第二输入端接入第二电压信号；所述比较器的输出端与所述处理模块连接。

6.根据权利要求5所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述热敏电阻设置在所述待测功率器件的外壳表面上。

7.根据权利要求1所述的功率器件测试系统，其特征在于，频率调节模块包括调节单元、频率单元和驱动单元；

所述调节单元与所述频率单元连接；所述频率单元与所述驱动单元连接；所述驱动单元与所述待测功率器件的控制端连接；所述调节单元用于输出频率调节信号；所述频率单元用于根据所述频率调节信号输出工作频率；所述驱动单元用于根据所述工作频率驱动所述待测功率器件。

8.根据权利要求7所述的功率器件测试系统，其特征在于，所述调节单元包括第一电阻和调节电阻；所述第一电阻的第一端接入第一电压信号；所述第一电阻的第二端分别与所述调节电阻的第一端和所述频率单元连接；所述调节电阻的第二端接地。

9.根据权利要求1所述的功率器件测试系统，其特征在于，还包括散热器；

所述待测功率器件安装在所述散热器上，所述散热器用于给所述待测功率器件进行散热。

10.一种功率器件测试方法，其特征在于，由权利要求1-9任一所述的功率器件测试系统执行，所述方法包括：

所述电源模块提供可调节的输出电流；

所述频率调节模块调节所述待测功率器件的工作频率，并根据所述工作频率驱动所述待测功率器件；

所述测量模块测量不同所述工作频率下相应的所述输出电流的所述待测功率器件的工作温度，并在所述工作温度小于或等于预设温度情况下测量所述待测功率器件的工作电流；

所述处理模块用于根据所述工作频率和所述工作电流获得所述待测功率器件的工作特性。

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