JP2006064535A - Surge resistance measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、素子のサージ耐量を測定するサージ耐量測定装置に関する。 The present invention relates to a surge tolerance measuring apparatus for measuring a surge tolerance of an element.
素子の特性には、どの程度の大きさの電圧または電流にまで耐えられるかを示す破壊耐量がある。この破壊耐量には、静電気に対する静電耐量や、サージに対するサージ耐量などがあり、近年、DC−DCコンバータなどに用いられる、例えばパワーMOSFETなどの高速スイッチング素子においては、サージ耐量を評価する必要性が増大している。 The characteristics of the device include a breakdown tolerance that indicates how much voltage or current can be withstood. The breakdown resistance includes electrostatic resistance against static electricity and surge resistance against surge. In recent years, it is necessary to evaluate surge resistance in high-speed switching elements such as power MOSFETs used in DC-DC converters. Has increased.
サージ耐量を測定するためには、素子に短時間、電圧又は電流を印加する必要があり、特許文献1では、ダイオードのサージ耐量測定方法において、ヒューズが溶断するまでの時間によりサージの印加時間を定める技術を開示している。
特許文献1に開示された技術によれば、安価な構成でサージ耐量の測定が行えるので有用であるが、異なる条件で測定するには異なる特性を有するヒューズと取り替える必要があり、連続して測定を行えるものではなかった。
According to the technique disclosed in
本発明は、上記事由を考慮してなされたもので、その目的とするところは、連続測定に適したサージ耐量測定装置を提供することにある。 The present invention has been made in consideration of the above-described reasons, and an object of the present invention is to provide a surge tolerance measuring apparatus suitable for continuous measurement.
上記課題を解決するために、請求項1に係る発明は、被測定素子が接続される一対の接続端子間に電圧を印加する電圧印加部と、該一対の接続端子間の電圧値と電流値を測定する測定部とを備えるものであって、電圧印加部は、高電位側がインダクタを介して前記一対の接続端子の一方の端子に接続されるとともに低電位側が前記一対の接続端子の他方の端子に接続された直流電源と、制御端子に入力される制御信号により導通と開放が制御される一対の被制御端子を備えるとともに前記一対の被制御端子が前記一対の接続端子にそれぞれ接続されたスイッチング素子と、前記スイッチング素子の制御端子に被制御端子間を所定時間導通させる制御信号を入力する制御回路とを有している。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
したがって、制御回路によりスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を用いてスイッチング素子の被制御端子間を導通させる時間を変化させ、インダクタに蓄積された磁気エネルギーの量を調整することにより、被測定素子に印加する電圧を変化させることができる。 Therefore, the control signal input to the control terminal of the switching element by the control circuit is used to change the time for conducting between the controlled terminals of the switching element, and to adjust the amount of magnetic energy accumulated in the inductor. The voltage applied to the measuring element can be changed.
請求項2に係る発明は、請求項1記載のサージ耐量測定装置において、前記制御回路は、前記所定時間を単調増加するように変化させている。
The invention according to
したがって、制御回路は、制御信号が被制御端子間を導通させる時間を単調増加するようにしたので、被測定素子に印加する電圧を徐々に高くする連続測定を行うことができる。 Therefore, since the control circuit monotonically increases the time during which the control signal conducts between the controlled terminals, it is possible to perform continuous measurement in which the voltage applied to the element to be measured is gradually increased.
請求項3に係る発明は、請求項1又は2のいずれかに記載のサージ耐量測定装置において、前記測定部は、前記一対の接続端子間の電圧値と電流値に基づいて被測定素子の破壊を判断している。
The invention according to
したがって、被測定素子が破壊したことを知ることができるので、この情報を用いて、例えば被測定素子が破壊した後に電圧を印加することを避けることができる。 Therefore, since it can be known that the element to be measured has been destroyed, it is possible to avoid applying a voltage after the element to be measured has been destroyed, for example, using this information.
本願発明によれば、制御回路によりスイッチング素子の制御端子に入力される制御信号を用いてスイッチング素子の被制御端子間を導通させる時間を変化させ、被測定素子に印加する電圧を変化させることができる。したがって、連続測定に適したサージ耐量測定装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to change the voltage applied to the element to be measured by changing the time for conduction between the controlled terminals of the switching element using the control signal input to the control terminal of the switching element by the control circuit. it can. Therefore, a surge tolerance measuring device suitable for continuous measurement can be provided.
本願発明に係るサージ耐量測定装置の一実施形態について、図1〜図6に基づいて説明する。このサージ耐量測定装置は、図1に示すように電圧印加部1と測定部2とを備えている。そして、この電圧印加部1は、サージ耐量を測定すべき被測定素子Eを接続する一対の接続端子3に電圧を印加するものであり、スイッチング素子4と、直流電源5と、インダクタ6と、制御回路7とを有して構成されている。
One embodiment of a surge tolerance measuring apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the surge resistance measuring apparatus includes a
スイッチング素子4は、例えばMOSFETであり、制御端子であるゲート端子4aと、被制御端子であるドレイン端子4bとソース端子4cとを有している。ドレイン端子4bは、接続端子3の一方の端子3aに、ソース端子4cは、接続端子3の他方の端子3bにそれぞれ接続されている。このスイッチング素子4は、ゲート端子4aに入力される制御信号Pによりドレイン端子4bとソース端子4cとの間の導通と開放とが制御される。ここでは、ゲート端子4aに正電圧が加わるとドレイン端子4bからソース端子4cに電流が流れるようになっている。
The
ここで、スイッチング素子4の被制御端子間の耐電圧は、被測定素子Eの耐電圧よりも大きいものを用いる必要がある。それは、被測定素子Eとスイッチング素子4の被制御端子間とが並列接続になっており、後述のインダクタ6により生じる電圧が双方に印加されるので、仮にスイッチング素子4の被制御端子間の耐電圧が被測定素子Eの耐電圧よりも小さければ、先にスイッチング素子4が破壊され、測定ができなくなるためである。
Here, the withstand voltage between the controlled terminals of the
直流電源5は、高電位側が後述のインダクタ6を介して接続端子3の一方の端子3aに接続され、低電位側が接続端子3の他方の端子3bに接続されている。
The DC power supply 5 has a high potential side connected to one
インダクタ6は、芯材としてのフェライトコアに導線を巻いて形成され、インダクタンスが大きく、多くの磁気エネルギーを蓄積できるようになっている。インダクタ6は、導線の抵抗値と巻数、芯材の材質を変化させることにより、直流抵抗とインダクタンス及び時定数を調整することができ、インダクタ6に直流電圧をかけたときのインダクタ6に流れる電流の時間特性を変化させることができる。例えば、所定の電圧を印加したときの最大電流を大きくするときは、導線に用いる線材の抵抗率を下げることや断面積を大きくすること、巻数を少なくして導線全体の抵抗を小さくすることなどにより調整できる。
The
制御回路7は、任意波形発生装置であり、スイッチング素子4のゲート端子4aと端子3bとに接続されて、ゲート端子4aに矩形でパルス状の制御信号Pを入力する。スイッチング素子4は、ゲート端子4aにその制御信号Pが入力されると、所定時間、ソース端子4bとドレイン端子4cとの間が導通される。ここで、所定時間は、制御信号Pにより定まるものであり、ここではパルス幅と同一の時間となっている。この制御信号Pは、図4に示すように、制御信号P1,P2,P3,P4…のように連続的に入力され、それぞれのパルス幅T1,T2,T3,T4…がT1<T2<T3<T4<…の関係となるように、つまり、パルス幅Tが単調増加するようになっている(この明細書において、制御信号P1,P2,P3,P4…を総称するときには制御信号Pと、そのパルス幅T1,T2,T3,T4…を総称するときにはパルス幅Tと記述するものとする。)。この制御回路7は、外部から開始信号SSが入力されると動作を開始し、停止信号SEが入力されると動作を停止する。
The
測定部2は、接続端子間の電圧値と、接続端子に流れる電流値を測定するものであり、図2に示すように、電圧入力部2dと,電流入力部2eと、A/D変換器2fと、処理部2gと、記憶部2hと、表示部2cとを有して構成されている。
The
電圧入力部2dは、接続端子3に接続される電圧入力端子2aを有しており、電圧入力端子2a間の電圧信号をA/D変換器2fに入力する。一方、電流入力部2eは、電流入力用コイル2bを有しており、電流入力用コイル2b内を流れる電流により電流入力用コイル2bに誘起される電圧信号をA/D変換器2fに入力する。A/D変換器2fは、入力された電流値及び電圧値を示すアナログ信号を一定の時間間隔でディジタル信号に変換して処理部2gに入力する。
The
処理部2gは、中央処理装置であり、A/D変換器2fから電圧値と電流値のディジタル信号を取得し、記憶部2fに記憶させるとともに、表示部2cにグラフを表示させる。ここで、記憶部2fは、ハードディスクやメモリなどで構成されており、表示部2cは、例えば液晶ディスプレイなどで構成されている。
The
処理部2gは、得られた電圧波形と電流波形から、電圧波形の微分値dV/dtと、電流波形の微分値di/dtとを算出し、これらのうちどちらが先に負になるかに基づいて被測定素子Eが破壊したかどうかを判断する。これは、図6に示すように、破壊していないときの電圧波形C5の微分値が負になる点は、電流波形C7の微分値が負になる点よりも遅く現れ、破壊したときの電圧波形C6の微分値が負になる点は、電流波形C7の微分値が負になる点よりも早く現れることに基づくものである。そして、処理部2gは、被測定素子Eが破壊されたと判断すると、制御回路7に停止信号SEを入力する。
The
次に、サージ耐量測定装置の外観について、図3を用いて説明する。このサージ耐量測定装置は、導体で形成された筐体C内に電圧印加部1と測定部2が収納されており、筐体Cの一面に、表示部2cと、接続端子3である端子3a,3bが露出して設けられ、その同じ面に操作釦7aが設けられている。この操作釦7aは、測定の開始及び終了を指示する押し釦であり、押下すると制御回路7に開始信号SSが入力され、この状態で再度押下すると停止信号が入力される。
Next, the appearance of the surge resistance measuring apparatus will be described with reference to FIG. In this surge resistance measuring device, a
被測定素子Eの接続端子3への取り付けは、アタッチメント8を用いて行う。アタッチメント8は、素子側アタッチメント8aと、基礎アタッチメント8bとを組み合わせて形成されている。素子側アタッチメント8aは、樹脂により直方体状に形成されたものであり、その一面に素子に固有のピン配列を差し込める孔が開いている。そして、それらの孔のうち接続端子3に接続する2つのピンに対応する孔のみ、導体により反対側の面の所定の位置まで接続されている。そのため、素子側アタッチメント8aの素子を差し込んだ面の反対側の面の所定位置には2つの端子が存在している。
Attachment of the device under test E to the
一方、基礎アタッチメント8bは、樹脂により直方体状に形成されたものであり、そのうちの一面の中央に、素子側アタッチメント8aを嵌め合わせる凹部を有している。その凹部の底部の表面には、素子側アタッチメント8aの被測定素子Eに対して反対側の面の所定位置に存在する2つの端子の位置に対応して、それらが接触するように2つの端子が設けられている。凹部に存在する2つの端子は、基礎アタッチメント8b内を導体で接続され、この凹部の存在する面とは反対側の面に端子3a,3bと同じ間隔に設けられた細い棒状のアタッチメント端子8c,8dが設けられている。そのため、アタッチメント8に被測定素子Eを取り付け、アタッチメント端子8c,8dを端子3a,3bに挿入することにより、被測定素子Eの特定のピンを接続端子3に接続することができる。ここで、素子側アタッチメントを素子の種類や、測定するピン番号ごとに準備することにより、被測定素子Eの取り付けが容易になるので、測定の効率を上げることができる。
On the other hand, the
次に、本願発明のサージ耐量測定装置の動作について説明する。被測定素子Eをアタッチメント8に接続し、アタッチメント8のアタッチメント端子8c,8dを端子3a,3bに挿入する。そして、測定者が操作釦7aを押下すると、制御回路7に開始信号SSが入力される。すると、制御回路7は、スイッチング素子4のゲート端子4aに図4に示す制御信号Pを入力する。すると、1回目の制御信号P1により電圧が与えられている間、スイッチング素子4のソース端子4bとドレイン端子4cとの間が導通するようになり、直流電源5による電流は、インダクタ6とスイッチング素子4を通る。このとき、インダクタ6には、磁気エネルギーが蓄えられる。それから、パルス間の電圧が与えられていない状態になると、スイッチング素子4のソース端子4bとドレイン端子4cとの間が開放状態となる。すると、インダクタ6は、自身に流れている電流を流し続けるように働くから、結果として、接続端子3の端子3a,3b間にインダクタ6に流れている電流に応じた電圧が発生する。
Next, the operation of the surge resistance measuring device of the present invention will be described. The element to be measured E is connected to the
2回目の制御信号P2は、1回目の制御信号P1よりもパルス幅Tが大きいので、スイッチング素子4のソース端子4bとドレイン端子4cの導通する時間が長くなる。すると、インダクタ6に流れる電流は、過渡現象の範囲であれば、1回目の制御信号P1のときよりも2回目の制御信号P2のときの方が大きくなる。したがって、接続端子3の端子3a,3b間に印加される電圧も1回目の制御信号P1のときよりも2回目の制御信号P2のときの方が大きくなる。3回目の制御信号P3以降も同様である。
Since the second control signal P2 has a pulse width T larger than that of the first control signal P1, the time during which the
一方、処理部2gは、それぞれの制御信号Pにおいて、記憶部2hに記憶された測定し始めてからの電圧波形と電流波形から、各時刻における電圧波形の微分値dV/dtと、電流波形の微分値di/dtとを算出し、これらのうちどちらが先に負になるかに基づいて被測定素子Eが破壊したかどうかを判断する。そして、処理部2gは、被測定素子Eが破壊されたと判断したときに、制御回路7に停止信号SEを送出するので、制御回路7は制御信号Pのゲート端子4aへの入力を停止する。
On the other hand, in each control signal P, the
このようにして得られたサージ耐量の測定結果は、例えば図5のようになる。図5では4回目の制御信号P4で被測定素子Eが破壊された場合について示している。この結果の特性C1〜C4により、被測定素子Eがどのような電圧電流で破壊されるかを知ることができる。 The measurement result of the surge resistance obtained in this way is, for example, as shown in FIG. FIG. 5 shows the case where the device under test E is destroyed by the fourth control signal P4. From the resulting characteristics C1 to C4, it is possible to know the voltage and current at which the element E to be measured is destroyed.
このように、本願発明のサージ耐量測定装置においては、制御回路7によりスイッチング素子4の制御端子であるゲート端子4aに入力される制御信号Pを用いてスイッチング素子4のソース端子4bとドレイン端子4cとの間を導通させる時間を変化させ、インダクタ6に蓄積された磁気エネルギーの量を調整することにより、被測定素子Eに印加する電圧を変化させることができる。また、スイッチング素子4のソース端子4bとドレイン端子4cとの間を導通させる時間を単調増加するようにしたので、被測定素子Eに印加する電圧を徐々に高くする連続測定に適したサージ耐量測定装置を提供することができる。また、被測定素子Eが破壊したことを知ることができるので、この情報を用いて例えば破壊した後に電圧を印加することを避けることができる。
As described above, in the surge tolerance measuring apparatus according to the present invention, the
なお、実施形態において、スイッチング素子4にMOSFETを用いた例について説明したが、それに限るものではなく、他の構成のFETやトランジスタ、サイリスタなどのように、制御端子に入力される制御信号Pにより導通と開放とが制御される一対の被制御端子を備えるものであれば用いることができる。
In the embodiment, an example in which a MOSFET is used as the switching
また、制御信号Pが矩形波のパルス信号の場合について説明したが、それに限るものではなく、被制御端子間を所定時間導通させるものであればどのような波形であっても良い。 In addition, although the case where the control signal P is a rectangular pulse signal has been described, the present invention is not limited to this, and any waveform may be used as long as it allows conduction between controlled terminals for a predetermined time.
1 電圧印加部
2 測定部
3 接続端子
4 スイッチング素子
4a ゲート端子(制御端子)
4b ソース端子(被制御端子)
4c ドレイン端子(被制御端子)
5 直流電源
6 インダクタ
7 制御回路
DESCRIPTION OF
4b Source terminal (controlled terminal)
4c Drain terminal (controlled terminal)
5
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2008164364A (en) * | 2006-12-27 | 2008-07-17 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Device and method for evaluating semiconductor element |
JP2010107432A (en) * | 2008-10-31 | 2010-05-13 | Fuji Electric Systems Co Ltd | Method of integrated test of semiconductor and semiconductor testing device |
CN109239570A (en) * | 2018-10-31 | 2019-01-18 | 中国振华集团永光电子有限公司(国营第八七三厂) | A kind of diode forward current surge experimental circuit |
-
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- 2004-08-26 JP JP2004247377A patent/JP2006064535A/en active Pending
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CN109239570A (en) * | 2018-10-31 | 2019-01-18 | 中国振华集团永光电子有限公司(国营第八七三厂) | A kind of diode forward current surge experimental circuit |
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