DE4011231C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen von Halbleiterleistungsdioden und eine Schaltung zum Durchführen des Verfahrens.

Für die Beurteilung der Güte von Leistungsdioden ist es beispielsweise erforderlich, das Schaltverhalten der Dioden zu kennen. Aus der DD 2 42 492 A1 ist ein Verfahren zur Prüfung der Sperreigenschaften von Halbleiterbauelementen bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird vor der Messung der Sperreigenschaften (I_R, U_R) die Sperrschicht des Halbleiterelements anhand eines gesteuerten Durchlaß-Stromimpulses auf eine bestimmte Sperrschichttemperatur aufgeheizt. Dieses Verfahren ist jedoch zur Beurteilung des Hochstromverhaltens von Leistungsdioden nicht genügend aussagekräftig. Weiterhin werden die Dioden beim Meßverfahren aufgeheizt, was eine sich wiederholende Messung ausschließt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Beurteilung bzw. Überprüfung von Halbleiterleistungsdioden anzugeben, bei dem die zu überprüfenden Halbleiterdioden mit großen Strömen nur kurzzeitig belastet werden. Außerdem soll eine Schaltung zum Durchführen des Verfahrens geschaffen werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Verfahrensschritten gelöst. Eine Schaltung zum Durchführen des Verfahrens ist im Anspruch 3 angegeben. Die vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sowie der Schaltung zum Durchführen des Verfahrens ergibt sich aus den Unter­ ansprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die Fig. 1 zeigt eine Schaltung zur Beurteilung des Hochstromverhaltens von Leistungsdioden. Die Schaltung der Fig. 1 weist einen ersten Stromkreis auf, der zur Erzeugung eines Stroms bestimmter Größe dient. Dieser erste Stromkreis besteht aus der Reihenschaltung eines steuerbaren Schalters 1, einer Induktivität 2 und eines steuerbaren Schalters 3. Der erste Stromkreis liegt zwischen den Polen einer Gleichspannungsquelle 4. Die Gleichspannungsquelle 4 liefert beispielsweise eine Gleichspannung von 200 V. Die steuerbaren Schalter 1 und 3 sind beispielsweise gemäß der Fig. 2 Transisto­ ren, die an ihrer Basis gesteuert werden.

Wird der erste Stromkreis mit den beiden steuerbaren Schaltern 1 und 3 und der Induktivität 2 an die Gleich­ spannungsquelle 4 gelegt, so fließt Strom im ersten Stromkreis, der durch die Induktivität 2 bestimmt wird und sägezahnförmig ansteigt. Gleichzeitig mit dem Anle­ gen des ersten Stromkreises an die Gleichspannungs­ quelle 4 wird an den Prüfling 6 über die Induktivität 5 und den Schalter 3 eine Sperrspannung gelegt. Die Größe des im ersten Stromkreis fließenden Stromes hängt außer von der Induktivität 2 von der Größe der Spannung der Spannungsquelle 4 und von der Zeitdauer des Stromflus­ ses im Stromkreis ab. Hat der sägezahnförmig anstei­ gende Strom im ersten Stromkreis eine bestimmte Größe (z. B. 30 A) erreicht, so wird der Schalter 3 geöffnet. Die Öffnung des Schalters 3 hat zur Folge, daß der Strom durch die Spule 2 nicht mehr über den Schalter 3 zum negativen Pol der Spannungsquelle 4 abfließen kann, sondern nunmehr in einen zweiten Stromkreis fließt, der aus der Reihenschaltung des (weiterhin geschlossen ge­ haltenen) Schalters 1, der Induktivität 2, der Indukti­ vität 5 und der zu prüfenden Halbleiterdiode (Prüfling) 6 besteht. Beim Öffnen des Schalters 3 wird die Halb­ leiterdiode 6 von der Sperrichtung in die Flußrichtung umgepolt.

Die Fig. 3 zeigt den Stromverlauf im zweiten Strom­ kreis nach dem Öffnen des Schalters 3, der gleichzeitig den Stromfluß durch den Prüfling 6 darstellt. Gemäß der Fig. 3 fließt nach dem Öffnen des Schalters 3 ein Flußstrom I_F annähernd konstanter Größe durch die Diode 6, der dem im ersten Stromkreis vor dem Öffnen des Schalters 3 erzeugten Maximalstrom (z. B. 30 A) ent­ spricht. Damit die Halbleiterdiode 6 nicht zu stark er­ wärmt wird, darf der Strom I_F durch die Halbleiterdiode nur eine bestimmte Zeit t1 fließen. Die Zeit t₁ beträgt beispielweise 10 µsec. Nach Ablauf von t₁ wird der Schalter 3 wieder geschlossen, was zur Folge hat, daß die nach dem Öffnen des Schalters 3 während der Zeit t₁ freihängende Spannungsquelle 4 an den zweiten Strom­ kreis gelegt wird, der aus der Reihenschaltung des Prüflings 6, der Induktivität 5 und des (geschlossenen) Schalters 3 besteht. Durch das Anlegen der Spannung der Spannungsquelle 4 an den zweiten Stromkreis wird die Diode 6 umgepolt und an sie (statt einer Flußspannung) eine Sperrspannung gelegt. Das Anlegen einer Sperrspan­ nung an die Diode 6 hat zur Folge, daß der Stromfluß durch die Diode während der Zeit t₂ abnimmt bis zu ei­ nem Maximum I_R und vom Maximum I_R auf Null zurückgeht. Ein wesentliches Kriterium für die Beurteilung der Di­ ode 6 ist die sogenannte Schaltzeit t₂ (Fig. 3). Die Schaltzeit der Diode ist diejenige Zeit, die zum Aus­ räumen der Ladungsträger in der Diode beim Umschalten von Flußspannung auf Sperrspannung benötigt wird. Neben der Schaltzeit (t₂) interessiert (Fig. 3) der maximale Sperrstrom I_R, die Fläche des in der Fig. 3 gestri­ chelt eingezeichneten Dreiecks 7 sowie die Tangente an den abfallenden Stromverlauf 8 im Sperrzustand. Die ge­ nannten Größen werden während der Schaltzeit t₂ gemes­ sen.

Nach dem (Wieder-) Schließen des Schalters 3 (Anlegen einer Sperrspannung an die Diode 6) bleibt der Schalter noch eine Zeit lang geschlossen. Dadurch kann wieder Strom im ersten Stromkreis fließen, und zwar in dersel­ ben Weise wie zur Erzeugung des Flußstromes für den Prüfling 6 vor Inanspruchnahme des zweiten Strom­ kreises. Damit jedoch der Strom im ersten Stromkreis nicht zu groß wird, wird der Schalter 1 eine bestimmte Zeit nach dem (Wieder-) Schließen des Schalters 3 ge­ öffnet. Der Strom des ersten Stromkreises fließt dann in einem sogenannten Entladestromkreis über die erste Diode 9, bis er sich abgebaut hat. Der Entladestrom­ kreis besteht beispielsweise aus der Reihenschaltung der Diode 9, einer Zenerdiode 11, des steuerbaren Schalters 3 und der Induktivität 2.

Im allgemeinen ist jedoch die Zenerdiode 11 gemäß der Figur parallel zur Basis-Kollektorstrecke eines Transi­ stors 10 geschaltet, dessen Emitter-Kollektorstrecke zwischen die Diode 9 und den Transistor 3 (steuerbarer Schalter) geschaltet ist. Die Zenerdiode 11 sorgt in Verbindung mit dem Transistor 10 dafür, daß der Strom im Entladekreis schneller abgebaut wird. Dies erzwingt die Zenerdiode 11 dadurch, daß sie an die Emitter- Kollektorstrecke des Transistors 10 die relativ hohe Zenerspannung legt, die z. B. 150 V beträgt. Die in der Fig. 2 dargestellte Zusammenschaltung der Zenerdiode 11 mit dem Transistor 10 wird als mit einer Zenerdiode geklemmter Transistor bezeichnet.

Wie die Fig. 1 und 2 zeigen, ist der Induktivität 5 die Reihenschaltung einer (zweiten) Diode 12 und einer (zweiten) Zenerdiode 13 parallel geschaltet. Die Paral­ lelschaltung der Reihenschaltung der Diode 12 und der Zenerdiode 13 zur Induktivität wird während der Zeit­ spanne t₃ (Fig. 3) wirksam, und zwar verhindert sie, daß während der Zeitspanne t₃ am Prüfling 6 keine zu hohe Spannung in Sperrichtung anliegt. Die Zenerspan­ nung der Zenerdiode 13 beträgt beispielsweise 50 V.

Der parallel zum zweiten Stromkreis geschaltete Konden­ sator 14 hat die Aufgabe, die Spannung im Bereich des Prüflings konstant zu halten, und zwar durch Kompensa­ tion von Spannungsabfällen an den Zuleitungsinduktivi­ täten.

Der geschilderte Meßvorgang kann natürlich wiederholt werden, und zwar beispielweise dann, wenn das Meßgerät mehrere Meßzyklen erfordert. Bei der Messung wird der Strom durch die Diode erfaßt, und zwar beispielsweise mittels eines Stromwandlers (beispielsweise Strom­ zange).

Claims (12)

1. Verfahren zum Überprüfen von Halbleiterleistungsdioden, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strom erzeugt wird, der nach Erreichen einer bestimmten Größe der zu prüfenden Halbleiterdiode (6) zugeführt wird und diese in Flußrichtung durchfließt, daß nach einer bestimmten Zeit (t₁), während der der Strom die Halbleiterdiode durchfließt, an die Halbleiterdiode eine Sperrspannung gelegt wird und daß im Übergangsbereich von Dioden- Flußstrom in Dioden-Sperrstrom die das Hochstromverhalten der Halbleiterleistungsdiode beschreibenden Daten gemessen werden.

2. Verfahren zum Überprüfen von Halbleiterleistungsdioden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeit (t₂), der maximale Sperrstrom (I_R), die Menge der ausgeräumten Ladungsträger sowie die Tangente an den abfallenden Stromverlauf (8) im Sperrzustand gemessen wird.

3. Schaltung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltungsteil zur Erzeugung des Stroms bestimmter Größe vorgesehen ist, der aus einem ersten Stromkreis besteht, der durch die Reihenschaltung eines ersten steuerbaren Schalters (1), einer ersten Induktivität (2) und eines zweiten steuerbaren Schalters (3) gebildet ist, daß ein zweiter Stromkreis vorgesehen ist, der die zu prüfende Halbleiterdiode (6) enthält und aus der Reihenschaltung der zu prüfenden Halbleiterdiode (6) mit einer Parallelschaltung einer zweiten Induktivität (5) mit der Reihenschaltung einer ersten Diode (12) und einer ersten Zenerdiode (13) und des zweiten steuerbaren Schalters (3) besteht.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Induktivität (5) die Abkommutierungssteilheit des Diodenstromes bestimmt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Induktivität (2, 5) miteinander verbunden sind.

6. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladekreis vorgesehen ist, der aus der Reihenschaltung einer zweiten Diode (9), einer zweiten Zenerdiode (11), des zweiten steuerbaren Schalters (3) und der ersten Induktivität (2) besteht.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Entladekreis vorgesehen ist, der aus der Reihenschaltung einer zweiten Diode (9), eines Transistors (10), dessen Basis-Kollektorstrecke einer zweiten Zenerdiode (11) parallelgeschaltet ist, des zweiten steuerbaren Schalters (3) und der ersten Induktivität (2) besteht.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Schalter (1, 3) Transistoren sind.

9. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum zweiten Stromkreis ein Kondensator (14) geschaltet ist.

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste steuerbare Schalter (1) nach dem Öffnen des zweiten steuerbaren Schalters (3) geschlossen bleibt.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem erneuten Schließen des zweiten steuerbaren Schalters (3) der erste steuerbare Schalter (1) geschlossen bleibt.

12. Schaltung nach einem der Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betätigung des Entladekreises der erste Schalter (1) geöffnet wird.