CN204789743U - 一种脉冲电压幅度测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，由高压脉冲分压器和数字化仪组成，高压脉冲分压器的低压输出端连接到数字化仪的“V₊”端、接地端连接到数字化仪的“V_-”端，同时高压脉冲分压器的高压输出端和接地端分别预留测量探头，位于高压脉冲分压器的高压输出端的测量探头用于连接被测量设备的高压源电压输出端子“+”端，位于高压脉冲分压器的接地端的测量探头用于连接被测量设备的高压源电压输出端子“-”端。本实用新型的有益之处在于：因为所采用的数字化仪和高压脉冲分压器带宽足够大，采样率足够高，响应速度足够快，脉冲电压测量技术指标足够高，所以本实用新型的装置能够快速、准确的测量脉冲电压幅度。

Description

一种脉冲电压幅度测量装置

技术领域

本发明涉及一种测量装置，具体涉及一种脉冲电压幅度测量装置。

背景技术

功率半导体器件具有输入阻抗高、驱动功率小、控制电路简单、开关损耗小、通断速度快、工作频率高、元件容量大等卓越性能。功率半导体器件的电压可以达到几千伏，电流可以达到上千安培，功率可以达到几兆瓦，在这样的条件下进行脉冲测试时，获得的脉冲宽度往往在几微秒到几百微秒之间，因而功率半导体器件广泛应用在航空、航天和军工电子等领域专用的开关电源、交流电机控制系统、舰艇上的导弹发射装置等。

功率半导体器件测试设备是专门用于测试功率半导体器件参数的设备。功率半导体器件测试设备对功率半导体器件进行参数测试时，广泛使用脉冲测试法，即在功率半导体器件施加偏置脉冲电压源和偏置脉冲电流源的条件下进行测试，使被测器件既满足参数测试规定的测试条件，又满足规定的测试环境温度。而对于功率IGBT模块参数测试而言，施加的脉冲功率需要更大，采用的脉冲宽度也更为严格，目前使用量较大的测试设备是瑞士LEMSYS公司的TRDS系列产品和国内CESI系列产品，这两个系列的产品均采用50μs测试法，即施加脉冲电压和脉冲电流时间均限制在50μs。

通过对国内外功率半导体器件测试设备进行调研发现，功率半导体器件测试设备测量功率IGBT模块参数时，功率IGBT模块参数是根据脉冲稳定部分读数求取平均值而进行确定的，该类设备研制厂家根据所设计脉冲源的技术性能，对于50μs单次脉冲宽度而言，一般其上升时间为10μs以内，下降时间在10μs，脉冲稳定部分在中间30μs，测试过程中，保证测试同步在输入(施加)、输出(测量)端子进行测量，一般测量点为稳定部分的1/3～2/3(20μs～30μs部分)求取平均值，作为测量结果的输入，根据测量结果计算相关参数的量值。

目前国内普遍使用示波器测量脉冲电压幅度，具体通过示波器和高压探头测量脉冲电压，由于受到示波器技术指标较低、高压探头带宽等多方面因素影响，示波器测量脉冲电压幅度受到一定的限制。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够快速、准确的测量脉冲电压幅度的测量装置。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，由高压脉冲分压器(1)和数字化仪(2)组成，前述数字化仪(2)的输入接头形式为BNC公转接头，前述高压脉冲分压器(1)的低压输出端连接到数字化仪(2)的“V₊”端、接地端连接到数字化仪(2)的“V_-”端，同时高压脉冲分压器(1)的高压输出端和接地端分别预留测量探头(4,5)，位于高压脉冲分压器(1)的高压输出端的测量探头(4)用于连接被测量设备(3)的高压源电压输出端子“+”端，位于高压脉冲分压器(1)的接地端的测量探头(5)用于连接被测量设备(3)的高压源电压输出端子“-”端。

前述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，前述高压脉冲分压器(1)的分压比为1000:1。

前述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，前述数字化仪(2)的采样率≥500kS/s，带宽≥10MHz。

前述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，前述数字化仪(2)采用NI公司的PXI5122型数字化仪。

本发明的有益之处在于：

(1)因为所采用的数字化仪和高压脉冲分压器带宽足够大，采样率足够高，响应速度足够快，所以本发明的测量装置能够快速测量脉冲电压幅度；

(2)因为所采用的数字化仪和高压脉冲分压器脉冲电压测量技术指标足够高，采样率足够高，所以本发明的测量装置能够准确测量脉冲电压幅度。

附图说明

图1是本发明的测量装置的组成示意图；

图2是图1中的测量装置与被测量设备之间的连接示意图。

图中附图标记的含义：1-高压脉冲分压器，2-数字化仪，3-被测量设备，4-连接头，5-连接头，A-高压输入端，B-低压输出端，C-接地端。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1和图2，本发明的脉冲电压幅度测量装置，其由高压脉冲分压器1和数字化仪2组成，其中，数字化仪2的输入接头形式为BNC公转接头，高压脉冲分压器1的低压输出端B连接到数字化仪2的“V₊”端，接地端C连接到数字化仪2的“V_-”端，与此同时，高压脉冲分压器1的高压输出端A和接地端C还分别预留有连接头4和连接头5，连接头4位于高压脉冲分压器1的高压输出端A，用于连接被测量设备3的高压源电压输出端子“+”端，连接头5位于高压脉冲分压器1的接地端C，用于连接被测量设备3的高压源电压输出端子“-”端。

在本发明中，高压脉冲分压器1的分压比为1000:1，该分压比有利于将脉冲高压信号转换为低电压信号，使之处于数字化仪测量范围内。

高压脉冲分压器1优选采用中国电子技术标准化研究院研制的型号为CESI001的高压脉冲分压器，该型号的高压脉冲分压器其技术指标优于±1％，时间常数优于10μs，在20μs～30μs时段内电压幅值的相对标准差低于±0.2％，直流功率大于10W。

在本发明中，数字化仪2的采样率≥500kS/s，带宽≥10MHz，充分保证了50μs的脉冲宽度内，选取的测量部分为中间10μs部分，能够采集到5个采样点，这样所测量幅度能够降低测量不确定度重复性因素的影响。

数字化仪2优选采用NI公司的PXI5122型数字化仪。该型号的数字化仪在500kS/s的采样率下测量不确定度分量优于0.3％。

在本发明中，被测量设备3选用的是功率半导体器件测试系统，其以母板的方式实现信号和电源的传输。

根据功率半导体器件测量原理，除测量装置另有规定外，测量装置的校准方法应与测量装置的测量原理相符合，针对脉冲电压源稳定部分的1/3～2/3部分(20μs-30μs)的平均值进行测量。设功率半导体器件测试系统(被测量设备3)工作模式为加压测流模式，设置内部脉冲高压源输出为V，经过高压脉冲分压器1(其比例系数设为k)后，数字化仪2能够将采集到的数据点进行记录，在校准区域求取平均值并记为V₁，其测量值可通过下式计算得出：

V₀＝V₁×k。

通过对国内外功率IGBT测试设备进行调研，对于功率IGBT模块测试设备而言，测量功率IGBT模块参数时，是根据脉冲稳定部分读数求取平均值进行确定，该类设备研制厂家根据所设计脉冲源的技术性能，对于50μs单次脉冲宽度而言，一般其上升时间为10μs以内，下降时间在10μs，脉冲稳定部分在中间30μs(50μs-10μs-10μs)，测试过程中，保证测试同步在输入(施加)、输出(测量)端子进行测量，一般测量点为稳定部分的1/3～2/3(20μs～30μs部分)求取平均值，作为测量结果的输入，根据测量结果计算相关参数的量值。

在本发明中，数字化仪2的采样率≥500kS/s，即每2μs采集一个采样点，对于10μs的脉冲稳定部分，可以采集到5个点，求取平均值作为脉冲电流幅度测量结果，由于数字化仪2带宽≥10MHz，对上升时间影响可以计算得到为35ns，对于50μs单次脉冲而言，我们选取的测量部分为中间10μs部分，前沿部分优于20μs即可，由于35ns<<20μs，所以完全可以满足测量需求。

分析：

(1)因为所采用数字化仪和脉冲高压分压器带宽足够大，采样率足够高，响应速度足够快，所以本发明的测量装置能够快速测量脉冲电压幅度。

(2)因为所采用的数字化仪和高压脉冲分压器脉冲电压测量技术指标足够高，采样率足够高，所以本发明的测量装置能够准确测量脉冲电压幅度。

本发明的测量装置除了可以用来测量功率半导体器件测试系统的内部脉冲电压幅度外，其应用还可推广至通信及无线电领域，用来测量电力电子器件参数施加的脉冲电压幅度等。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，由高压脉冲分压器(1)和数字化仪(2)组成，所述数字化仪(2)的输入接头形式为BNC公转接头，所述高压脉冲分压器(1)的低压输出端连接到数字化仪(2)的“V₊”端、接地端连接到数字化仪(2)的“V_-”端，同时高压脉冲分压器(1)的高压输出端和接地端分别预留有连接头(4,5)，位于高压脉冲分压器(1)的高压输出端的连接头(4)用于连接被测量设备(3)的高压源电压输出端子“+”端，位于高压脉冲分压器(1)的接地端的连接头(5)用于连接被测量设备(3)的高压源电压输出端子“-”端。

2.根据权利要求1所述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，所述高压脉冲分压器(1)的分压比为1000:1。

3.根据权利要求1或2所述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，所述数字化仪(2)的采样率≥500kS/s，带宽≥10MHz。

4.根据权利要求3所述的脉冲电压幅度测量装置，其特征在于，所述数字化仪(2)采用NI公司的PXI5122型数字化仪。