CN115113014A - 一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法，包括：充放电回路、测试回路和关断失效装置电路保护逻辑单元；充放电回路包括直流电压源、充电功率器件、充电电阻、隔离二极管、放电功率器件、放电电阻和电容；测试回路包括续流二极管，负载电感，至少一个被测功率器件、至少一个栅极驱动电阻和栅极驱动信号单元；关断失效装置电路保护逻辑单元，用于根据获取的被测功率器件的集电极电压和被测功率器件的栅极电压判定被测功率器件的工作状态进而控制充电功率器件和放电功率器件放电。通过关断失效装置电路保护逻辑单元仅获取被测功率器件的集电极电压与栅极驱动电压实现保护控制，无需借助电流信号，保护逻辑可靠且简单。

Description

一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及半导体器件特性测试技术领域，特别是涉及一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)器件因其低的导通损耗以及较高的开关频率，被广泛应用于航空航天、轨道交通以及新能源电力系统中。受限于单颗IGBT芯片的通流能力，在实际使用中，往往将大量IGBT芯片并联封装成器件使用。目前，市场上常见最高电流等级的IGBT器件，其额定的通流能力已经达到3000A。

IGBT器件的电流关断极限一般为额定电流的3倍以上，当器件的负载电流高于器件的电流关断极限时，会导致IGBT器件的关断失效。IGBT器件的关断失效特性是器件最为重要的性能指标之一，IGBT器件的电流关断极限不仅是衡量比较器件性能的关键参数，同时也是器件设计、封装不断优化升级的重要依据。尤其对于产业初期，芯片的加工工艺尚不成熟，会导致并联芯片间参数存在差异。并联芯片参数差异性问题则会令IGBT器件的电流关断极限下降，严重制约着IGBT器件的性能提升，所以并联芯片参数差异性问题是目前IGBT器件领域极为关注的问题。

然而，目前对于并联IGBT芯片参数分散性导致IGBT器件电流关断极限退化的问题，目前市场上存在商用的IGBT器件测试装置，但主要面向于商用IGBT器件，其测试功能虽强大，保护逻辑很多会监测总电流或者栅极电流，实现更多工况的有效保护，例如一类短路失效保护、二类短路失效保护、三类短路失效保护和感性负载失效保护，但使得保护逻辑复杂。因此，本发明提供一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法，在满足功率器件关断失效的所有测试需求前提下，测试中的保护逻辑仅获取被测功率器件的集电极电压与栅极驱动电压来实现感性负载失效保护控制，不需要借助电流信号，使得关断失效特性测试过程中保护逻辑可靠且简单。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种功率器件关断失效特性测试装置，包括：充放电回路、测试回路和关断失效装置电路保护逻辑单元；

所述充放电回路包括充电回路和放电回路；所述充电回路包括直流电压源V _DC、充电功率器件、充电电阻、隔离二极管和电容；所述放电回路包括放电功率器件、放电电阻和所述电容；

直流电压源的正极与所述充电功率器件的集电极连接；所述充电功率器件的发射极连接所述充电电阻的一端，所述充电电阻的另一端连接所述隔离二极管的一端，所述隔离二极管的另一端分别连接所述放电电阻的一端和所述电容的一端，所述放电电阻的另一端连接放电功率器件的集电极，所述电容的另一端、所述放电功率器件的发射极和所述直流电压源的负极连接；所述电容的另一端接地；

所述测试回路包括续流二极管、负载电感、至少一个被测功率器件、至少一个栅极驱动电阻和栅极驱动信号单元；所述被测功率器件和所述栅极驱动电阻一一对应；

所述续流二极管与所述负载电感并联连接；所述续流二极管的一端与所述隔离二极管连接；所述续流二极管的另一端连接所述被测功率器件的集电极，所述被测功率器件的栅极通过对应的所述栅极驱动电阻与所述栅极驱动信号单元的一端连接，所述栅极驱动信号单元的另一端和所述被测功率器件的发射极相连，所述被测功率器件的发射极还与所述电容连接；

所述关断失效装置电路保护逻辑单元分别与所述充电功率器件的栅极、所述放电功率器件的栅极、所述被测功率器件的集电极和所述被测功率器件的栅极连接；

所述关断失效装置电路保护逻辑单元，用于根据获取的所述被测功率器件的集电极电压和所述被测功率器件的栅极电压判定所述被测功率器件的工作状态；当所述工作状态为关断失效状态时，控制所述充电功率器件和所述放电功率器件进入放电状态。

本发明还提供一种功率器件关断失效特性测试方法，所述测试方法为单次脉冲失效测试方法，所述方法包括：

控制充放电回路进入充电状态，设置直流电压源的输出电压并对电容进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路进入测试状态；

设置栅极驱动信号单元输出的栅极驱动信号的脉宽；控制当前所述栅极驱动信号驱动所述被测功率器件进入测试状态；

利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元获取所述被测功率器件的集电极电压和栅极电压，并判断所述被测功率器件是否成功关断电流；

若是，则调整所述栅极驱动信号的脉宽值和负载电流值或调整其他工作参数，返回步骤“控制当前所述栅极驱动信号驱动所述被测功率器件进入测试状态”，直至所述被测功率器件发生电流关断失效；所述其他工作参数包括栅极驱动电阻和/或直流电压源电压；

若否，则所述被测功率器件发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电；

获取所述被测功率器件发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。

可选的，当所述被测功率器件成功关断电流后，调整所述其他工作参数之前包括：对所述充电功率器件和所述放电功率器件进行人工放电，人工放电完成后，重新对所述充电功率器件和所述放电功率器件进行充电。

本发明还提供一种功率器件关断失效特性测试方法，所述测试方法为连续脉冲失效测试方法，所述方法包括：

控制充放电回路进入充电状态，设置直流电压源的输出电压并对电容进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路进入测试状态；

设置栅极驱动信号单元输出的栅极驱动信号的脉宽和测试频率；控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件进入测试状态；

当每次驱动所述被测功率器件进入测试状态后，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元获取所述被测功率器件的集电极电压和栅极电压，并判断所述被测功率器件是否成功关断电流；

若是，则继续控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件进入测试状态，直至所述被测功率器件发生电流关断失效；

若否，则所述被测功率器件发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电；

获取所述被测功率器件发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。

可选的，所述控制充放电回路进入充电状态，具体包括：

控制所述充放电回路中的充电功率器件的栅极电压为+15V，所述充电功率器件处于导通状态，同时控制放电功率器件的栅极电压为-10V，所述放电功率器件处于阻断状态。

可选的，所述控制所述充放电回路进入测试状态，具体包括：

控制所述充放电回路中的充电功率器件的栅极电压为-10V，所述充电功率器件处于阻断状态，同时控制放电功率器件的栅极电压为-10V，所述放电功率器件处于阻断状态，所述充放电回路中的直流电压源向电容进行充电。

可选的，所述利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电，具体包括：

利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充电功率器件的栅极电压为-10V，所述充电功率器件处于阻断状态，同时控制所述放电功率器件的栅极电压的+15V，所述放电功率器件处于导通状态，所述充放电回路中的电容进行放电。

可选的，所述控制充放电回路进入充电状态之前包括：启动所述关断失效装置电路保护逻辑单元，控制所述充放电回路中的所述充电功率器件和所述放电功率器件的栅极电压均为-10V。

可选的，所述判断所述被测功率器件是否成功关断电流，具体包括：

判断所述被测功率器件的栅极电压是否为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压是否为0V；

当所述被测功率器件的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压由0V先上升后再下降为0V，则判定所述被测功率器件出现电流关断失效；

当所述被测功率器件的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压由0V上升为预设电压值，则所述被测功率器件出现电流成功关断。

可选的，所述判定所述被测功率器件出现电流关断失效之前还包括：

所述关断失效装置电路保护逻辑单元持续检测所述被测功率器件的栅极电压为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压为0V的时间到达预设时间后，判定所述被测功率器件出现电流关断失效。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法，包括：充放电回路、测试回路和关断失效装置电路保护逻辑单元；充放电回路包括充电回路和放电回路；充电回路包括直流电压源、充电功率器件、充电电阻、隔离二极管和电容及其结构间的连接关系；放电回路包括放电功率器件、放电电阻和电容及其结构间的连接关系；测试回路包括续流二极管，负载电感，至少一个被测功率器件、至少一个栅极驱动电阻和栅极驱动信号单元及其结构间的连接关系；关断失效装置电路保护逻辑单元分别与充电功率器件的栅极、放电功率器件的栅极、被测功率器件的集电极和被测功率器件的栅极连接；关断失效装置电路保护逻辑单元，用于根据获取的所述被测功率器件的集电极电压和所述被测功率器件的栅极电压判定所述被测功率器件的工作状态；当所述工作状态为关断失效状态时，控制所述充电功率器件和所述放电功率器件进入放电状态。本发明中，关断失效装置电路保护逻辑单元仅获取被测功率器件的集电极电压与栅极驱动电压来实现感性负载失效保护控制，不需要借助电流信号，使得关断失效特性测试过程中保护逻辑可靠且简单。

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为本发明实施例1提供的一种功率器件关断失效特性测试装置结构图；

图2为本发明实施例1提供的关断失效特性测试装置的实物连接图；

图3为本发明实施例2提供的单次脉冲功率器件关断失效特性测试方法流程图；

图4为本发明实施例2提供的测试回路中被测功率器件的正常关断波形图；

图5为本发明实施例2提供的测试回路中被测功率器件的关断失效波形图；

图6为本发明实施例3提供的连续脉冲功率器件关断失效特性测试方法流程图。

附图标记：

1-充放电回路；2-测试回路；3-关断失效装置电路保护逻辑单元；VDC-直流电压源；IGBT1-充电功率器件；R1-充电电阻；D-隔离二极管；C-电容；IGBT2-放电功率器件；R2-放电电阻；FRD-续流二极管；L_load-负载电感；DUT-被测功率器件；Rg-栅极驱动电阻；M栅极驱动信号单元。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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。

目前市场上存在商用的IGBT器件测试装置，主要面向于商用IGBT器件，其测试功能虽强大，但保护逻辑很多会监测总电流或者栅极电流，实现更多工况的有效保护，例如一类短路失效保护、二类短路失效保护、三类短路失效保护和感性负载失效保护，不仅仅使得保护逻辑复杂，同时还由于商用IGBT器件测试装置监测的是被测功率器件输出的总电流或被测功率器件的栅极电流，使得电流测量位置固定，无法对被测功率器件内部的并联芯片的电流进行测量，因此现有的测试装置无法用于研究并联芯片（多个被测功率器件并联）的相互作用关系。

本发明的目的是提供一种功率器件关断失效特性测试装置及测试方法，在满足IGBT器件关断失效的所有测试需求前提下，测试中的保护逻辑仅获取被测功率器件的集电极电压Vce与栅极驱动电压Vout来实现保护控制，保护逻辑可靠且简单。另外由于不需要电流参与逻辑保护，可以任意测量并联芯片的不同位置的电流，从而能够便于研究并联芯片间的相互作用关系。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

如图1所示，本实施例一种功率器件关断失效特性测试装置，包括：充放电回路1、测试回路2和关断失效装置电路保护逻辑单元3。测试装置专门为感性负载关断的工况而设计。

所述充放电回路1包括充电回路和放电回路；所述充电回路包括直流电压源VDC、充电功率器件IGBT1，充电电阻R1、隔离二极管D1和电容C；所述放电回路包括放电功率器件IGBT2、放电电阻R2和所述电容C。

直流电压源VDC的正极与所述充电功率器件IGBT1的集电极连接；所述充电功率器件IGBT1的发射极连接所述充电电阻R1的一端，所述充电电阻R1的另一端连接所述隔离二极管D1的一端，所述隔离二极管D1的另一端分别连接所述放电电阻R2的一端和所述电容C的一端，所述放电电阻R2的另一端连接放电功率器件IGBT2的集电极，所述电容C的另一端、所述放电功率器件IGBT2的发射极和所述直流电压源VDC的负极连接；所述电容C的另一端接地。

根据充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2的栅极电压，充放电回路1共有充电状态、测试状态和放电状态。

（1）充电状态：当充电功率器件IGBT1的栅极电压为+15V时，充电功率器件IGBT1导通，放电功率器件IGBT2的栅极电压为-10V时，放电功率器件IGBT2阻断。此时，直流电压源VDC通过充电电阻R1向电容C充电，充电电压由直流电压源VDC设置。

（2）测试状态：当充电功率器件IGBT1的栅极电压为-10V时，充电功率器件IGBT1阻断，放电功率器件IGBT2的栅极电压为-10V时，放电功率器件IGBT2阻断。此时，充电功率器件IGBT1可以防止直流电压源VDC向电容C充电，从而保护电容C以及测试回路2；隔离二极管D1可以防止电容C向直流电压源VDC充电，从而保护直流电压源VDC。

（3）放电状态：当充电功率器件IGBT1的栅极电压为-10V时，充电功率器件IGBT1阻断，放电功率器件IGBT2的栅极电压为+15V时，放电功率器件IGBT2导通。此时，电容C通过放电电阻R2向地放电，隔离二极管D1可以防止电容C向直流电压源VDC充电，从而保护直流电压源VDC。

所述测试回路2包括续流二极管FRD、负载电感L_load、至少一个被测功率器件DUT、至少一个栅极驱动电阻Rg和栅极驱动信号单元M；栅极驱动电阻Rg用于控制被测功率器件DUT（被测IGBT器件）的开通关断速度，是关断过程中重要的元件。

所述续流二极管FRD与所述负载电感L_load并联连接；所述续流二极管FRD的一端与所述隔离二极管D1连接；所述续流二极管FRD的另一端连接所述被测功率器件DUT的集电极，所述被测功率器件DUT的栅极通过对应的所述栅极驱动电阻Rg与所述栅极驱动信号单元M的一端连接，所述栅极驱动信号单元M的另一端和所述被测功率器件DUT的发射极相连，所述被测功率器件DUT的发射极还与所述电容C连接。

所述关断失效装置电路保护逻辑单元3分别与所述充电功率器件IGBT1的栅极、所述放电功率器件IGBT2的栅极、所述被测功率器件DUT的集电极和所述被测功率器件DUT的栅极连接。

所述关断失效装置电路保护逻辑单元3，用于根据获取的所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce和所述被测功率器件DUT的栅极电压Vout判定所述被测功率器件DUT的工作状态；当所述工作状态为关断失效状态时，控制所述充电功率器件IGBT1和所述放电功率器件IGBT2进入放电状态。

当采用多个被测功率器件DUT时，被测功率器件DUT为并联连接状态。并且所述被测功率器件DUT和所述栅极驱动电阻Rg一一对应。例如图1中的DUT₁和DUT₂以及Rg1和Rg2。

当本实施例中的被测功率器件为多个并联时，则能够实现不同并联芯片之间的电流相关作用关系的研究。在测试时，由于测试装置中根据测量需要选择适合的电流测试点，电流测试点的位置不固定且保护逻辑不借助电流信号，因此可以根据被测功率器件夹具，在功率器件关断过程灵活测量并联芯片（一个被测功率器件）的集电极电流以及栅极电流，电流值能够体现出各个被测功率器件之间电流的相关作用关系。例如当存在两个并联的被测功率器件时，每一被测功率器件内包括一个芯片组，该芯片组可以是单独的一个芯片也可以是多个并联芯片。那么，基于本实施例的测试装置能够实现不同被测功率器件之间的电流相互作用关系，还能够用以研究并联后关断失效特性的关系。

对于商用IGBT器件的测试装置测试的被测功率器件中包括多个并联的芯片时，商用IGBT器件的测试装置仅能够实现对整体的被测功率器件进行测试，即获取被测功率器件整体输出的电流，无法实现测量被测功率器件中多个并联芯片之间的电流相互作用关系。而本实施例中的，可以将商用IGBT器件的测试装置面对的被测功率器件内部的并联芯片进行拆解，形成一个个本实施例中的被测功率器件。这样则基于本实施例的测试装置则能够实现商用IGBT器件的测试装置面对的被测功率器件内部的并联芯片之间的电流相互作用关系。相对于商用IGBT器件的测试装置来说，本实施例中的测试装置主要是用于科研研究。

如图2所示，提供了本实施例中关断失效特性测试装置的实物连接图。图中的电压探头用于采集被测功率器件DUT的栅极电压和集电极电压。罗氏线圈用于被测功率器件DUT的电流测量，罗氏线圈属于电流探头中某一类型。示波器用于显示栅极电压、集电极电压和电流的波形图。控制中心则是用于控制直流电压源VDC的电压以及充放电过程中的充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2的栅极电压。驱动板和双脉冲触发器则是用于向栅极驱动信号单元M提供栅极驱动信号以及调整栅极驱动信号的脉宽。压力夹具中夹的是被测功率器件DUT。

本实施例中的测试装置专门为感性负载关断的工况而设计，因此关断失效装置电路保护逻辑单元3仅需要获取集电极电压Vce与栅极驱动电压Vout来实现控制，保护逻辑可靠且简单。由于不需要电流参与逻辑保护，这样可以在并联的被测功率器件DUT的不同位置灵活布置电流探头以获取不同位置的电流，从而可以方便的研究并联芯片间电流的相互作用。另外本实施例中充放电回路1和测试回路2的结构简单，使得本实施例中的测试装置的电流电路结构简单。

本实施例中的测试装置中，对于直流电压源VDC、电容C以及测试回路2，分别配置充电功率器件IGBT1、隔离二极管D以及放电功率器件IGBT2进行保护，使得测试装置具有更高可靠性。另外，更便于测试装置升级改造：区别于商用以及现有技术，往往根据被测功率器件DUT的电压电流等级选择定制电容、电感等元件，并集成为整机，升级改造较困难。对于本实施例测试装置，如图2所示，可以灵活组装由此可以针对不同电压电流等级的被测功率器件灵活更换电路元件，以实现更全面的电压电流等级的测试。由此，本实施例中的测试装置能够易于与不同类型的并联芯片夹具适配，能够解决商用的IGBT器件测试装置针对的是某一类型的被测功率器件，其匹配的被测试品夹具类型也相对固定，商用的IGBT器件测试装置对应的被测试品夹具的类型以及数量不能灵活调整的问题。

实施例2

如图3所示，本实施例提供一种功率器件关断失效特性测试方法，所述测试方法为单次脉冲失效测试方法，所述方法包括：

S1：控制充放电回路1进入充电状态，设置直流电压源VDC的输出电压并对电容C进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路1进入测试状态；

在步骤S1中，控制充放电回路1进入充电状态，具体包括：

控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1的栅极电压为+15V，所述充电功率器件IGBT1处于导通状态，同时控制放电功率器件IGBT2的栅极电压为-10V，所述放电功率器件IGBT2处于阻断状态。

控制充放电回路1进入充电状态之前包括：启动所述关断失效装置电路保护逻辑单元3，控制所述充放电回路1中的所述充电功率器件IGBT1和所述放电功率器件IGBT2的栅极电压均为-10V。当启动了关断失效装置电路保护逻辑单元3之后，会控制充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进入默认状态，即充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2的栅极电压均为-10V。基于充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2的默认状态进行充电状态控制。

在关断失效装置电路保护逻辑单元3处于关闭状态时，充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2可以分别独立开通阻断，不受关断失效装置电路保护逻辑单元3的控制。

在步骤S1中，控制所述充放电回路1进入测试状态，具体包括：

控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1的栅极电压为-10V，所述充电功率器件IGBT1处于阻断状态，同时控制放电功率器件IGBT2的栅极电压为-10V，所述放电功率器件IGBT2处于阻断状态，所述充放电回路1中的直流电压源VDC向电容C进行充电。

S2：设置栅极驱动信号单元M输出的栅极驱动信号的脉宽；控制当前所述栅极驱动信号驱动所述被测功率器件DUT进入测试状态。

设置栅极驱动信号单元M输出的栅极驱动信号的脉宽后，就能够确定被测功率器件DUT的关断电流值。

S3：利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3获取所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce和栅极电压Vout，并判断所述被测功率器件DUT是否成功关断电流；

S4：若是，则调整所述栅极驱动信号的脉宽值和负载电流值或调整其他工作参数，返回步骤S1，直至所述被测功率器件DUT发生电流关断失效；所述其他工作参数包括栅极驱动电阻Rg和/或直流电压源VDC的电压。

当所述被测功率器件DUT成功关断电流后，基于当前的测试环境仅仅是调整所述栅极驱动信号的脉宽值和负载电流值，不需要对充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进行放电处理。

为了保证测试装置中电路的安全性，在当所述被测功率器件DUT成功关断电流后，调整所述其他工作参数之前需要对所述充电功率器件IGBT1和所述放电功率器件IGBT2进行人工放电。在人工放电后，调整其他工作参数后重新控制充放电回路1进入充电状态，即返回步骤S1。

在单次脉冲失效测试时，为了避免测试电路在测试过程产生的温度等因素影响下一次测试时的测试结果，可以保证被测功率器件DUT成功关断电流这一操作已经持续预设时间值后，再调整所述栅极驱动信号的脉宽值和负载电流值或调整其他工作参数。

这里的其他工作参数包括栅极驱动电阻Rg和/或直流电压源VDC电压。那么在单次脉冲失效测试时，通过改变栅极驱动电阻Rg，可以实现不同栅极驱动电阻Rg下被测功率器件DUT关断失效特性的研究。通过改变栅极驱动信号，可以实现不同电流等级下被测功率器件DUT的关断失效特性研究。通过改变直流电压源VDC电压，可以实现不同电压等级下被测功率器件DUT的关断失效特性研究。

为了清楚的说明所述被测功率器件DUT成功关断和失效关断的条件，结合图4和图5进行说明。

其中，图4示出了测试回路2中被测功率器件DUT的正常关断波形。从图4中可知，当完成充电后，充放电回路1从充电状态切换为测试状态，此时栅极驱动电压Vout为-10V，被测功率器件DUT的集电极电压Vce为高压。当t₀时刻，栅极驱动电压Vout由-10V变为+15V，此时被测功率器件DUT导通，被测功率器件DUT的集电极电压Vce由高压变为0V。在t₀到t₁时刻间，被测功率器件DUT的集电极电流Ic和负载电感L_load持续增加，电流值取决于栅极驱动电压高电平脉宽。在t₁时刻，栅极驱动电压Vout由+15V变为-10V，此时被测功率器件DUT关断，被测功率器件DUT的集电极电压Vce由0V变为高压，集电极电流Ic降低为0A，被测功率器件DUT成功关断负载电流。在t₂时刻，栅极驱动电压Vout为-10V，被测功率器件DUT的集电极电压Vce为高压。

图5示出了测试回路2中被测功率器件DUT的关断失效波形。从图5中可见，当完成充电后，充放电回路1从充电状态切换为测试状态，此时栅极驱动电压Vout为-10V，被测功率器件DUT的集电极电压Vce为高压。当t₀₁时刻，栅极驱动电压Vout由-10V变为+15V，此时被测功率器件DUT导通，被测功率器件DUT的集电极电压Vce由高压变为0V。在t₀₁到t₁₁时刻间，被测功率器件DUT的集电极电流Ic和负载电感L_load持续增加。在t₁₁时刻，栅极驱动电压Vout由+15V变为-10V，此时被测功率器件DUT出现关断失效，被测功率器件DUT的集电极电压Vce先上升，在失效后下降为0V，集电极电流Ic持续升高。在t₂₁时刻，栅极驱动电压Vout为-10V，被测功率器件DUT的集电极电压Vce为0V。

结合上述图4和图5的具体分析，判断所述被测功率器件DUT是否成功关断电流，具体包括：

判断所述被测功率器件DUT的栅极电压是否为-10V，且所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce是否为0V。

当所述被测功率器件DUT的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce由0V先上升后再下降为0V，则判定所述被测功率器件DUT出现电流关断失效。

当所述被测功率器件DUT的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce由0V上升为预设电压值，则所述被测功率器件DUT出现电流成功关断。

为了保证判定所述被测功率器件DUT出现电流关断失效的结论的准确性，在判定所述被测功率器件DUT出现电流关断失效之前可以在所述关断失效装置电路保护逻辑单元3持续检测所述被测功率器件DUT的栅极电压为-10V，且所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce为0V的时间到达预设时间后，判定所述被测功率器件DUT出现电流关断失效。例如该预设时间可以设置为5us。进一步的由于关断失效装置电路保护逻辑单元3需连续检测到5us的栅极驱动电压Vout为-10V且集电极电压Vce为0V，因此驱动板的栅极驱动信号低电平时间不应短于10us。

S5：若否，则所述被测功率器件DUT发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进行放电。

步骤S5中，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进行放电，具体包括：

利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3控制所述充电功率器件IGBT1的栅极电压为-10V，所述充电功率器件IGBT1处于阻断状态，同时控制所述放电功率器件IGBT2的栅极电压的+15V，所述放电功率器件IGBT2处于导通状态，所述充放电回路1中的电容C进行放电。

也就是说，当被测功率器件DUT关断失效时，此时栅极驱动电压Vout为-10V，但集电极电压为0V。当检测到上述情况超过5us时，关断失效装置电路保护逻辑单元3控制充电功率器件IGBT1的栅极电压为-10V，且控制放电功率器件IGBT2的栅极电压为+15V，在短时间内将电容C放电，从而保护该测试装置。

S6：获取所述被测功率器件DUT发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。该工况参数包括关断失效的时间和流等。

本实施例中，基于实施例1提供的测试装置中的充放电回路1，测试回路2以及关断失效装置电路保护逻辑，配合栅极驱动信号，可以实现被测功率器件DUT的单次脉冲失效测试，从而相应的表征功率器件关断失效特性的工况参数。

实施例3

如图6所示，本实施例提供一种功率器件关断失效特性测试方法，所述测试方法为连续脉冲失效测试方法，所述方法包括：

T1：控制充放电回路1进入充电状态，设置直流电压源VDC的输出电压并对电容C进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路1进入测试状态。

T2：设置栅极驱动信号单元M输出的栅极驱动信号的脉宽和测试频率；控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件DUT进入测试状态。

T3：当每次驱动所述被测功率器件DUT进入测试状态后，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3获取所述被测功率器件DUT的集电极电压Vce和栅极电压，并判断所述被测功率器件DUT是否成功关断电流。

T4：若是，则继续控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件DUT进入测试状态即返回步骤T2中的步骤“控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件DUT进入测试状态”，直至所述被测功率器件DUT发生电流关断失效。

T5：若否，则所述被测功率器件DUT发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进行放电。

T6：获取所述被测功率器件DUT发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。

本实施例与实施例2中的测试方法不同的是：

本实施例中，当被测功率器件DUT成功关断电流后，栅极驱动信号需要按照设置测试频率控制被测功率器件DUT重复开通关断，直至被测功率器件DUT关断失效。由于是连续的对被测功率器件DUT提供栅极驱动信号，在测试过程中能够获知温度等因素对关断失效的影响。

在连续脉冲失效测试中，栅极驱动信号的脉宽是不变的。当需要测试不同的栅极驱动信号、栅极驱动电阻Rg和直流电压源VDC的电压情况下的关断失效特性时，需要在调整相应的参数后重新进行连续脉冲失效测试，在连续测试的过程中不能调整相应的参数。

对于本实施例与实施例2相同的部分也参见实施例2的方案，例如，控制充放电回路1进入充电状态、控制所述充放电回路1进入测试状态、利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元3控制所述充放电回路1中的充电功率器件IGBT1和放电功率器件IGBT2进行放电、判断所述被测功率器件DUT是否成功关断电流等的具体内容。这里不做赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种功率器件关断失效特性测试装置，其特征在于，包括：充放电回路、测试回路和关断失效装置电路保护逻辑单元；

所述充放电回路包括充电回路和放电回路；所述充电回路包括直流电压源V _DC、充电功率器件、充电电阻、隔离二极管和电容；所述放电回路包括放电功率器件、放电电阻和所述电容；

直流电压源的正极与所述充电功率器件的集电极连接；所述充电功率器件的发射极连接所述充电电阻的一端，所述充电电阻的另一端连接所述隔离二极管的一端，所述隔离二极管的另一端分别连接所述放电电阻的一端和所述电容的一端，所述放电电阻的另一端连接所述放电功率器件的集电极，所述电容的另一端和所述放电功率器件的发射极均与所述直流电压源的负极连接；所述电容的另一端还接地；

所述测试回路包括续流二极管、负载电感、至少一个被测功率器件、至少一个栅极驱动电阻和栅极驱动信号单元；所述被测功率器件和所述栅极驱动电阻一一对应；

所述续流二极管与所述负载电感并联连接；所述续流二极管的一端与所述隔离二极管连接；所述续流二极管的另一端连接所述被测功率器件的集电极，所述被测功率器件的栅极通过对应的所述栅极驱动电阻与所述栅极驱动信号单元的一端连接，所述栅极驱动信号单元的另一端和所述被测功率器件的发射极相连，所述被测功率器件的发射极还与所述电容连接；

所述关断失效装置电路保护逻辑单元分别与所述充电功率器件的栅极、所述放电功率器件的栅极、所述被测功率器件的集电极和所述被测功率器件的栅极连接；

所述关断失效装置电路保护逻辑单元，用于根据获取的所述被测功率器件的集电极电压和所述被测功率器件的栅极电压判定所述被测功率器件的工作状态；当所述工作状态为关断失效状态时，控制所述充电功率器件和所述放电功率器件进入放电状态。

2.基于权利要求1所述的装置的功率器件关断失效特性测试方法，其特征在于，所述测试方法为单次脉冲失效测试方法，所述方法包括：

控制充放电回路进入充电状态，设置直流电压源的输出电压并对电容进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路进入测试状态；

设置栅极驱动信号单元输出的栅极驱动信号的脉宽；控制当前所述栅极驱动信号驱动被测功率器件进入测试状态；

利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元获取所述被测功率器件的集电极电压和栅极电压，并判断所述被测功率器件是否成功关断电流；

若是，则调整所述栅极驱动信号的脉宽值和负载电流值或调整其他工作参数，返回步骤“控制当前所述栅极驱动信号驱动所述被测功率器件进入测试状态”，直至所述被测功率器件发生电流关断失效；所述其他工作参数包括栅极驱动电阻和/或直流电压源电压；

若否，则所述被测功率器件发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电；

获取所述被测功率器件发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述被测功率器件成功关断电流后，调整所述其他工作参数之前包括：对所述充电功率器件和所述放电功率器件进行人工放电，人工放电完成后，重新对所述充电功率器件和所述放电功率器件进行充电。

4.基于权利要求1所述的装置的功率器件关断失效特性测试方法，其特征在于，所述测试方法为连续脉冲失效测试方法，所述方法包括：

控制充放电回路进入充电状态，设置直流电压源的输出电压并对电容进行充电；充电完成后，控制所述充放电回路进入测试状态；

设置栅极驱动信号单元输出的栅极驱动信号的脉宽和测试频率；控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动被测功率器件进入测试状态；

当每次驱动所述被测功率器件进入测试状态后，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元获取所述被测功率器件的集电极电压和栅极电压，并判断所述被测功率器件是否成功关断电流；

若是，则继续控制所述栅极驱动信号按照所述测试频率驱动所述被测功率器件进入测试状态，直至所述被测功率器件发生电流关断失效；

若否，则所述被测功率器件发生电流关断失效，利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电；

获取所述被测功率器件发生电流关断失效过程中表征关断失效特性的工况参数。

5.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述控制充放电回路进入充电状态，具体包括：

控制所述充放电回路中的充电功率器件的栅极电压为+15V，所述充电功率器件处于导通状态，同时控制所述放电功率器件的栅极电压为-10V，所述放电功率器件处于阻断状态。

6.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述控制所述充放电回路进入测试状态，具体包括：

控制所述充放电回路中的所述充电功率器件的栅极电压为-10V，所述充电功率器件处于阻断状态，同时控制所述放电功率器件的栅极电压为-10V，所述放电功率器件处于阻断状态，所述充放电回路中的所述直流电压源向所述电容进行充电。

7.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充放电回路中的充电功率器件和放电功率器件进行放电，具体包括：

利用所述关断失效装置电路保护逻辑单元控制所述充电功率器件的栅极电压为-10V，所述充电功率器件处于阻断状态，同时控制所述放电功率器件的栅极电压的+15V，所述放电功率器件处于导通状态，所述充放电回路中的所述电容进行放电。

8.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述控制充放电回路进入充电状态之前包括：启动所述关断失效装置电路保护逻辑单元，控制所述充放电回路中的所述充电功率器件和所述放电功率器件的栅极电压均为-10V。

9.根据权利要求2或4所述的方法，其特征在于，所述判断所述被测功率器件是否成功关断电流，具体包括：

判断所述被测功率器件的栅极电压是否为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压是否为0V；

当所述被测功率器件的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压由0V先上升后再下降为0V，则判定所述被测功率器件出现电流关断失效；

当所述被测功率器件的栅极电压由+15V下降为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压由0V上升为预设电压值，则所述被测功率器件出现电流成功关断。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述判定所述被测功率器件出现电流关断失效之前还包括：

所述关断失效装置电路保护逻辑单元持续检测所述被测功率器件的栅极电压为-10V，且所述被测功率器件的集电极电压为0V的时间到达预设时间后，判定所述被测功率器件出现电流关断失效。

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