CN116298753B - 一种半导体器件反向恢复时间测试装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半导体器件反向恢复时间测试装置及方法，将多个被测半导体器件搭建成全桥桥式电路；全桥桥式电路的直流侧与外接电源及第一储能模块并联连接，全桥桥式电路的两个桥臂的中点通过第二储能模块连接；外接电源为第一储能模块充电之后，通过控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种半导体器件反向恢复时间测试装置及方法。
背景技术
随着电动汽车、大功率手机充电器等快速发展，GaN-MOS、SiC-MOS等大功率、高速度的第三代半导体开关器件得到越来越多的应用，在这类开关器件中，反向恢复时间(TRR)是重要的参数指标。第三代半导体开关管具有耐压高，速度快，载流能力强的特点，那么相对应的测试设备也需要具备相同的特性，加上这类开关器件存在单芯、半桥、全桥等不同封装，测试设备的设计难度也随之增加。
针对这类器件的TRR测试，当前市面上存在不少的第三代半导体测试设备，但是这些测试设备都缺乏针对测试半桥、全桥式的开关芯片的测试方案。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的对半导体的TRR进行测试的设备缺乏针对测试半桥、全桥式的开关芯片的测试方案的缺陷，从而提供一种半导体器件反向恢复时间测试装置及方法。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
第一方面，本发明实施例提供一种半导体器件反向恢复时间测试装置，半导体器件由反向并联连接的可控开关及二级管构成，装置包括：第一储能模块、第二储能模块，其中，将多个被测半导体器件搭建成全桥桥式电路；全桥桥式电路的直流侧与外接电源及第一储能模块并联连接，全桥桥式电路的两个桥臂的中点通过第二储能模块连接；外接电源为第一储能模块充电之后，通过控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
在一实施例中，第一储能模块包括：储能电容。
在一实施例中，第二储能模块包括：储能电感。
在一实施例中，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：测试电源；测试电源与全桥桥式电路的直流侧并联连接；测试电源用于为第一储能模块充电。
在一实施例中，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：继电器；测试电源的第一输出端通过继电器与全桥桥式电路的直流侧的第一端连接，测试电源的第二输出端与全桥桥式电路的直流侧的第二端连接；当继电器闭合时，测试电源为第一储能模块充电。
在一实施例中，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：多个可调电阻；各半导体器件的控制端均通过一个可调电阻接收控制信号，控制信号用于控制各半导体器件的通断状态；通过调节可调电阻的阻值，以调节电流变化率。
在一实施例中，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：电流传感器及显示装置；在全桥桥式电路的每个半桥均接入一个电流传感器；在第二储能模块所在线路串入一个电流传感器；电流传感器与显示装置连接。
第二方面，本发明实施例提供一种半导体器件反向恢复时间测试方法，基于第一方面的测试装置，方法包括：控制外接电源为第一储能模块充电；控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
在一实施例中，控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管的过程，包括：在四个被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件；控制目标半导体器件的可控开关、第四半导体器件的可控开关关断，控制第四半导体器件的可控开关导通；控制第二半导体器件的可控开关导通；当第二储能模块的电流达到预设电流值时，控制第二半导体器件的可控开关关断；延迟预设时间后，控制第二半导体器件的可控开关导通，此时目标半导体器件的二极管处于反向恢复阶段；当目标半导体器件的二极管不再反向恢复时，控制第二半导体器件的可控开关、第三半导体器件的可控开关关断。
在一实施例中，半导体器件反向恢复时间测试方法，还包括：在剩余的被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；返回“将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件”的步骤，直至全部的被测半导体器件均被测试为止。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的半导体器件反向恢复时间测试装置及方法，将多个被测半导体器件搭建成全桥桥式电路；全桥桥式电路的直流侧与外接电源及第一储能模块并联连接，全桥桥式电路的两个桥臂的中点通过第二储能模块连接；外接电源为第一储能模块充电之后，通过控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的半导体器件一个具体示例的结构图；
图2为本发明实施例提供的测试装置的一个具体示例的结构图；
图3为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的结构图；
图4为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的结构图；
图5为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的结构图；
图6为本发明实施例提供的测试装置的另一个具体示例的结构图；
图7为本发明实施例提供的测试装置的具体结构图；
图8为本发明实施例提供的测试方法的一个具体示例的流程图；
图9为本发明实施例提供的测试方法的另一个具体示例的流程图；
图10为本发明实施例提供的各器件时序图及电流波形图；
图11为本发明实施例提供的被测二极管的电流波形放大图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本发明实施例提供一种半导体器件反向恢复时间测试装置，如图1所示，半导体器件由反向并联连接的可控开关及二级管构成，其中可控开关以MOS管为例。
如图2所示，半导体器件反向恢复时间测试装置包括：第一储能模块1、第二储能模块2。
如图2所示，将多个被测半导体器件搭建成全桥桥式电路；全桥桥式电路的直流侧与外接电源及第一储能模块1并联连接，全桥桥式电路的两个桥臂的中点通过第二储能模块2连接。
具体地，当测试对象为全桥桥式电路中的半导体器件，则无需再进行搭建，而对于半桥桥式电路中的半导体器件，则需要在该半桥桥式电路的基础上，搭建全桥桥式电路。
具体地，外接电源为第一储能模块1充电之后，通过控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块1为第二储能模块2充电，以及使第二储能模块2放电至被测半导体二极管；通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
示例性地，以图2为例，通过控制四个半导体器件均处于关断状态，外接电源为第一储能模块1充电；通过控制处于对角可控开关导通，使得第一储能模块1为第二储能模块2充电，例如：控制S1、S4关断，并控制S2、S3导通，此时电流回路为“第一储能模块1→S3→第二储能模块2→S2→第一储能模块1”，第一储能模块1为第二储能模块2充电。
示例性地，以图2为例，当需要对D1进行TRR测试时，在S1、S4关断，以及S2、S3导通的情况下，第二储能模块2充电之后，控制S2关断，此时，第二储能模块2放电至D1，此时电流回路为“第二储能模块2→D1→S3→第二储能模块2”，从而对D1进行TRR测试；需要对D4进行TRR测试时，控制S3关断，此时，第二储能模块2放电至D4，此时电流回路为“第二储能模块2→D4→S2→第二储能模块2”，从而对D4进行TRR测试。
可选地，第一储能模块1可以包括储能电容；第二储能模块2可以包括储能电感，其中，储能电感的能量能被回收到储能电容中，可以减小能量损耗和加快测试速度。但仅以此举例，并不以此为限制。
在一具体实施例中，如图3所示，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：测试电源3；测试电源3与全桥桥式电路的直流侧并联连接；测试电源3用于为第一储能模块1充电。
可选地，测试电源3可以选择开关电源，但仅以此举例，并不以此为限制。
在一具体实施例中，如图4所示，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：继电器4；测试电源3的第一输出端通过继电器4与全桥桥式电路的直流侧的第一端连接，测试电源3的第二输出端与全桥桥式电路的直流侧的第二端连接。当继电器4闭合时，测试电源3为第一储能模块1充电。
在一具体实施例中，如图5所示，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：多个可调电阻VR；各半导体器件的控制端均通过一个可调电阻接收控制信号，控制信号用于控制各半导体器件的通断状态。
具体地，通过调节可调电阻的阻值，配合驱动信号的不同电压值，可达到调节电流变化率(di/dt)的目的。其中，图5中四个可调电阻的阻值可以相同或者不同，在此不作限制。
在一具体实施例中，如图6所示，半导体器件反向恢复时间测试装置还包括：电流传感器CS及显示装置5，其中，显示装置可以为示波器。
如图6所示，在全桥桥式电路的每个半桥均接入一个电流传感器CS；在第二储能模块2所在线路串入一个电流传感器CS；电流传感器CS与显示装置5连接。
图7为本发明实施例的测试装置的整体结构示意图，图7中，测试电源3一般选用高压大功率可调电源；C1为大容量高耐压的电容组，用于存储电能，在脉冲测试时作为主要的供能元件，能够在短时间内提供超过上千安倍级别的电流；C1～C5为电流传感器，C1～C4选用高频(100MHz)电流传感器，C5选用10MHz电流传感器。
需要说明的是，可控开关S1～S4的控制信号可以由以高速FPGA为核心的主控发出，主控能够快速相应电流信号和给出准确的驱动信号。
实施例2
本发明实施例提供一种半导体器件反向恢复时间测试方法，基于实施例1的测试装置，如图8所示，方法包括：
步骤S11：控制外接电源为第一储能模块充电。
步骤S12：控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管。
步骤S13：通过检测被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测。
示例性地，以图2为例，通过控制四个半导体器件均处于关断状态，外接电源为第一储能模块充电；通过控制处于对角可控开关导通，使得第一储能模块为第二储能模块充电，例如：控制S1、S4关断，并控制S2、S3导通，此时电流回路为“第一储能模块→S3→第二储能模块→S2→第一储能模块”，第一储能模块为第二储能模块充电。
示例性地，以图2为例，当需要对D1进行TRR测试时，在S1、S4关断，以及S2、S3导通的情况下，第二储能模块充电之后，控制S2关断，此时，第二储能模块放电至D1，此时电流回路为“第二储能模块→D1→S3→第二储能模块”，从而对D1进行TRR测试；需要对D4进行TRR测试时，控制S3关断，此时，第二储能模块放电至D4，此时电流回路为“第二储能模块→D4→S2→第二储能模块”，从而对D4进行TRR测试。
在一具体实施例中，如图9所示，控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管的过程，包括：
步骤S21：在四个被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件。
步骤S22：将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件。
步骤S23：控制目标半导体器件的可控开关、第四半导体器件的可控开关关断，控制第四半导体器件的可控开关导通。
步骤S24：控制第二半导体器件的可控开关导通。
步骤S25：当第二储能模块的电流达到预设电流值时，控制第二半导体器件的可控开关关断。
步骤S26：延迟预设时间后，控制第二半导体器件的可控开关导通，此时目标半导体器件的二极管处于反向恢复阶段。
步骤S27：当目标半导体器件的二极管不再反向恢复时，控制第二半导体器件的可控开关、第三半导体器件的可控开关关断。
示例性地，以图7为例，选择S1及D1构成的半导体器件为目标半导体器件，则S2及D2构成的半导体器件为第二半导体器件，S3及D3构成的半导体器件为第三半导体器件，选择S4及D4构成的半导体器件为第四半导体器件。图10为各可控开关的时序图，其中，K1为继电器的时序，Id1～Id4分别为目标半导体器件、第二半导体器件～第四半导体器件的电流，Ic为第二储能模块的电流。
基于图7及图10可知，S1及D1构成的半导体器件为目标半导体器件时，测试方法具体如下：
(1)控制继电器导通，控制S1及S4关断、S3导通。
(2)电感充能阶段。控制S2导通，此时，C1对L1充能，L1电流逐渐上升，电流回路为“C1→S3→L1→S2→C1”。
(3)D1正向导通阶段。当CS5检测到L1的电流Ic达到预设电流值If时，控制S2关断，此时L1由储能转为供能，电流从S2换流到D1，S1及D1构成的半导体器件正向导通。电流回路为“L1→D1→S3→L1”。
(4)D1反向恢复阶段。D1二阶段持续一段时间后(大概4us)，控制S2导通，电流由D1换流到Q2，此阶段D1的电流如图11所示。在D1反向恢复阶段，电流回路有两个，分别为“C1→S3→L1→S2→C1”、“L1→D1→S3→L1”，当D1反向恢复阶段结束时，“L1→D1→S3→L1”消失。
(5)L1反向充能阶段。控制S2、S3关断，此时L1的剩余电能会释放回C1，电流回路为“L1→D1→C1→S1→L1”。
在一具体实施例中，半导体器件反向恢复时间测试方法还包括：
(1)在剩余的被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；
(2)返回“将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件”的步骤，直至全部的被测半导体器件均被测试为止。
具体地，以图7为例，D1～D4均可作为待测管，只是各管的开关时序不同，所以这种结构能够快速测试全桥、半桥、单芯的第三代半导体开关芯片。
示例性地，选择S1及D1构成的半导体器件为目标半导体器件，对D1进行测试后，当选择S2及D2构成的半导体器件为目标半导体器件，则S1及D1构成的半导体器件为第二半导体器件，S4及D4构成的半导体器件为第三半导体器件，选择S3及D3构成的半导体器件为第四半导体器件，再次重复测试的过程即可完成对D2的TRR测试。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，所述半导体器件由反向并联连接的可控开关及二级管构成，所述装置包括：第一储能模块、第二储能模块，其中，
将多个被测半导体器件搭建成全桥桥式电路；
所述全桥桥式电路的直流侧与外接电源及第一储能模块并联连接，所述全桥桥式电路的两个桥臂的中点通过所述第二储能模块连接；
所述外接电源为所述第一储能模块充电之后，通过控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；
通过检测所述被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测；
控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至所述被测半导体二极管的过程，包括：在四个被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件；控制目标半导体器件的可控开关、第四半导体器件的可控开关关断，控制第四半导体器件的可控开关导通；控制第二半导体器件的可控开关导通；当所述第二储能模块的电流达到预设电流值时，控制第二半导体器件的可控开关关断；延迟预设时间后，控制第二半导体器件的可控开关导通，此时目标半导体器件的二极管处于反向恢复阶段；当目标半导体器件的二极管不再反向恢复时，控制第二半导体器件的可控开关、第三半导体器件的可控开关关断。
2.根据权利要求1所述的反向恢复时间测试装置，其特征在于，所述第一储能模块包括：储能电容。
3.根据权利要求1所述的半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，所述第二储能模块包括：储能电感。
4.根据权利要求1所述的半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，还包括：
测试电源；
所述测试电源与所述全桥桥式电路的直流侧并联连接；
所述测试电源用于为所述第一储能模块充电。
5.根据权利要求4所述的半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，还包括：
继电器；
所述测试电源的第一输出端通过所述继电器与所述全桥桥式电路的直流侧的第一端连接，所述测试电源的第二输出端与所述全桥桥式电路的直流侧的第二端连接；
当所述继电器闭合时，所述测试电源为所述第一储能模块充电。
6.根据权利要求1所述的半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，还包括：
多个可调电阻；
各所述半导体器件的控制端均通过一个可调电阻接收控制信号，所述控制信号用于控制各所述半导体器件的通断状态；
通过调节所述可调电阻的阻值，以调节电流变化率。
7.根据权利要求1所述的半导体器件反向恢复时间测试装置，其特征在于，还包括：
电流传感器及显示装置；
在所述全桥桥式电路的每个半桥均接入一个所述电流传感器；
在所述第二储能模块所在线路串入一个所述电流传感器；
所述电流传感器与所述显示装置连接。
8.一种半导体器件反向恢复时间测试方法，其特征在于，基于权利要求1-7任一项所述的测试装置，所述方法包括：
控制所述外接电源为所述第一储能模块充电；
控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至被测半导体二极管；
通过检测所述被测半导体二极管的电流，以实现对其反向恢复时间的检测；
控制各半导体器件的通断状态，以使第一储能模块为第二储能模块充电，以及使第二储能模块放电至所述被测半导体二极管的过程，包括：在四个被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件；控制目标半导体器件的可控开关、第四半导体器件的可控开关关断，控制第四半导体器件的可控开关导通；控制第二半导体器件的可控开关导通；当所述第二储能模块的电流达到预设电流值时，控制第二半导体器件的可控开关关断；延迟预设时间后，控制第二半导体器件的可控开关导通，此时目标半导体器件的二极管处于反向恢复阶段；当目标半导体器件的二极管不再反向恢复时，控制第二半导体器件的可控开关、第三半导体器件的可控开关关断。
9.根据权利要求8所述的半导体器件反向恢复时间测试方法，其特征在于，还包括：
在剩余的被测半导体器件中选择任意一个半导体器件，并将其作为目标半导体器件；
返回所述“将与目标半导体器件同一桥臂的半导体器件记为第二半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件同位置的半导体器件记为第三半导体器件，将另一桥臂上的与目标半导体器件不同位置的半导体器件记为第四半导体器件”的步骤，直至全部的被测半导体器件均被测试为止。
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