RU2694169C1 - Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов - Google Patents

Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов Download PDF

Info

Publication number
RU2694169C1
RU2694169C1 RU2018145533A RU2018145533A RU2694169C1 RU 2694169 C1 RU2694169 C1 RU 2694169C1 RU 2018145533 A RU2018145533 A RU 2018145533A RU 2018145533 A RU2018145533 A RU 2018145533A RU 2694169 C1 RU2694169 C1 RU 2694169C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
transistor
value
test
power
Prior art date
Application number
RU2018145533A
Other languages
English (en)
Inventor
Вадим Михайлович Бардин
Анатолий Валерьевич Брагин
Денис Васильевич Пьянзин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва"
Priority to RU2018145533A priority Critical patent/RU2694169C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2694169C1 publication Critical patent/RU2694169C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/04—Measuring peak values or amplitude or envelope of ac or of pulses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/26—Testing of individual semiconductor devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Of Individual Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано для оценки запирающей способности силовых транзисторов, диодов, тиристоров по напряжению как в процессе их производства, так и в условиях эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов на испытуемый полупроводниковый транзистор, включенный по схеме с общей базой или затвором, подаются испытательные напряжения с линейно возрастающей во времени величиной. Испытательное напряжение имеет форму последовательности однополярных импульсов синусоидальной формы с нарастающей амплитудой и частотой до нескольких килогерц, а величина блокирующего напряжения на транзисторе измеряется в момент достижения выходным напряжением пикового детектора тока утечки силового транзистора заранее заданной величины, после чего происходит снятие с транзистора испытательного напряжения. Изобретение позволяет сократить время измерения, повысить точность определения предельной величины блокирующего напряжения, обеспечить защиту транзистора от пробоя при измерениях. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области полупроводниковой электроники и может быть использовано для оценки запирающей способности силовых транзисторов, диодов, тиристоров по напряжению как в процессе их производства, так и в условиях эксплуатации.
Значение предельного блокирующего напряжения силового полупроводникового транзистора определяется в зоне резкого изменения крутизны его вольтамперной характеристики (ВАХ) при воздействии высокого напряжения, что накладывает повышенные требования к быстродействию срабатывания защиты и снятию воздействующего напряжения для исключения возможности пробоя транзистора при испытании. Традиционный способ измерения напряжения загиба ВАХ Uбл и защиты транзистора заключается в непрерывном измерении величины тока утечки Iут и отключении напряжения при достижении этим током некоторой заданной величины. Такой способ измерения напряжения загиба (Uбл) отражен в целом ряде публикаций [1-4]. Различия состоят только в технической реализации.
Однако такой способ измерения сопряжен с возможным увеличением погрешности измерения Uбл. Это можно увидеть путем сопоставления двух ВАХ с различным характером изменения IУТ, но с одинаковой величиной Uбл. При малом значении IУCТ для ВАХ 2 вместо истинного значения Uбл1 будет определено значение Uбл2. Увеличивать величину IУCТ опасно, так как в области загиба ВАХ при достаточно большом значении IУТ=IУCТ и испытательного напряжения тепловой режим испытуемого транзистора становится более напряженным и скорость лавинообразного развития тока может превысить критическое значение, что приводет к повреждению транзистора. Поэтому в известных решениях предложены способы измерения Uбл (область лавинного пробоя), основанные на измерении скорости изменения сопротивления транзистора, то есть на измерении производной di/du. Такие решения предложены в патентах [5].
Известен способ диагностики полупроводниковых изделий по производным ВАХ, где предложено измерять напряжения загиба Uбл на BAX при двух разных температурах по которым вычисляются максимальные значения напряжения Uбл по первым и вторым производным ВАХ. По результатам измерений вычисляется коэффициент K, характеризующий различие пробивных напряжений при двух температурах и служащий для выявления потенциально ненадежных образцов (RU 2348941, МПК G01R 31/26, опубл. 26.06.2007).
Недостатком известного способа является создание внешнего дестабилизирующего воздействия (например, температуры), которое требует дополнительного оборудования для тестирования транзистора, больших затрат энергии на нагрев исследуемого транзистора и связанные с этим увеличение длительности измерения.
Известен способ определения напряжения локализации тока в мощных высокочастотных (ВЧ) и сверхвысокочастотных (СВЧ) биполярных транзисторах, где предлагается использовать эффект резкого изменения крутизны зависимости напряжения на переходе эмиттер-база Uэб – при постоянном коллекторном токе от величины коллекторного напряжения. Для повышения точности измерения на коллектор транзистора подается сумма линейно нарастающего напряжения и низкочастотного переменного напряжения с малой амплитудой. При трех разных значениях коллекторного напряжения (Uк) измеряют амплитуду переменной составляющей напряжения на переходе база – эмиттер Uбэ и по предложенной формуле вычисляют искомое напряжение локализации тока, которое и характеризует величину предельного блокирующего напряжения для испытуемого транзистора (RU 2537519, МПК G01R 31/26, опубл. 19.07.2013).
К недостаткам известного способа можно отнести следующее.
1. Поскольку для определения Uбл применяется интерполяционный способ, основанный на измерении амплитуд малого переменного напряжения на транзисторе при трех достаточно произвольных значениях напряжения Uкэ то уже изначально закладывается возможность появления ошибки в измерен Uбл. Для повышения точности измерения, авторы предлагают подбирать значения испытательных напряжений U0, U1, U2;
2. В устройстве управления предполагается запоминать три измеренных значения напряжения и по ним в вычислительном устройстве оценивать искомую величину напряжения Uбл;
3. В сумматоре мощности предполагается формирование по линейному закону достаточно высокого испытательного напряжения с наложением на него небольшого по величине переменного напряжения, что также усложняет техническое решение устройства. Кроме этого, ужесточается тепловой режим испытуемого транзистора, что приводит к росту ошибки измерения;
4. В устройстве предполагается использование «современных плат сбора данных» что, возможно, повышает точность измерения, но усложняет техническое решение;
5. К исследуемому транзистору прикладывается знакопеременное (синусоидальное) напряжение с возрастающей амплитудой. Это допустимо при испытании тиристоров или транзисторов с двухсторонней ВАХ. Для IGBT транзисторов с внутренним обратным диодом это недопустимо. Поэтому испытательное напряжение должно быть однополярным.
В связи с вышеуказанными недостатками устройство больше подходит для проведения лабораторных исследовании, чем измерений в производственных условиях.
Технический результат заключается в сокращении времени измерения, повышении точности определения предельной величины блокирующего напряжения, обеспечении защиты транзистора от пробоя при измерениях.
Сущность изобретения заключается в том, что в способе определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов на испытуемый полупроводниковый транзистор, включенный по схеме с общей базой или затвором, подается испытательные напряжения с линейно возрастающей во времени величиной. Испытательное напряжение имеет форму последовательности однополярных импульсов синусоидальной формы с нарастающей амплитудой и частотой до нескольких килогерц, а величина блокирующего напряжения на транзисторе измеряется в момент достижения выходным напряжением пикового детектора тока утечки силового транзистора заранее заданной величины, после чего происходит снятие с транзистора испытательного напряжения.
На фиг. 1 показана структура устройства для измерения величины блокирующего напряжения, на фиг. 2 представлен график ВАХ силового полупроводникового транзистора.
Устройство (фиг. 1) содержит генератор синусоидального напряжения 1 выход, которого подключен к первому входу амплитудного модулятора 2. Генератор линейно нарастающего напряжения (ГЛИН) 3 подключен ко второму входу амплитудного модулятора 2. Выход амплитудного модулятора 2 подключен к усилителю мощности 4. Выход усилителя мощности 4 подключен к выпрямителю 5, выход которого подключается к отключающему элементу 6. Первый выход с отключающего элемента 6 подключен к силовому транзистору 7, второй выход подключается к вольтметру 8. Выход 1 силового транзистора 7 подключен к сопротивлению 9, выход 2 к пиковому детектору 10. Выход пикового детектора 10 подключается к входу компаратора 11. Первый выход компаратора 10 подключен к вольтметру 8, второй выход идет к внешним измерительным устройствам, третий выход подключается к устройству защиты 12. Выход устройства защиты 12 подключается к отключающему элементу 6.
Способ определения предельной величины блокирующего напряжения на ВАХ силовых транзисторов (фиг. 2) работает следующим образом. Испытательное напряжение формируется в устройстве, содержащем генератор синусоидального напряжения с частотой, ГЛИН 3, амплитудный модулятор 2, позволяющий изменять амплитуду колебаний по закону изменения выходного напряжения ГЛИН 3, усилителя мощности 4, выпрямителя 5 и пикового детектора 10, позволяющих определять момент загиба ВАХ.
Усилитель мощности позволяет увеличивать амплитуду импульсов испытательного напряжения до величины 1,5-2 кВ, что достаточно для большинства типов транзисторов. Для испытания силовых транзисторов требуется только положительная полуволна синусоидального напряжения. Эту операцию обеспечивает выпрямитель 5. Последовательно с испытуемым силовым транзистором 7 включено сопротивление 9, напряжение на котором, пропорционально току утечки силового транзистора 7. Это напряжение через пиковый детектор 10 подается на первый вход компаратор 11, на второй вход которого подается заданное опорное напряжение, пропорциональное предельно допустимому току утечки для данного типа силовых транзисторов. Когда величина испытательного напряжения достигает зоны загиба ВАХ, сопротивление испытуемого силового транзистора 7 резко падает, а ток утечки и напряжение на сопротивление 9 возрастает. В момент, когда напряжение на входах компаратора 11 сравняются, с выхода 1 поступает команда на измерение напряжения на испытуемом силовом транзисторе 7, с выхода 3 компаратора 11 сигнал на включение устройства защиты 12 и отключающего элемента 6.
По сравнению с известным решением предлагаемое позволяет сократить время измерения, повысить точность определения предельной величины блокирующего напряжения, обеспечить защиту транзистора от пробоя при измерениях.
Источники информации
1. Бардин В. М. Надежность Силовых полупроводниковых приборов / В.М. Бардин. – М.: Энергия, 1978 – 96 с.
2. Бардин В. М. Основные направления работ в области надежности силовых полупроводниковых приборах / В. М. Бардин, Д. П. Новиков // Практическая силовая электроника. – 2005. – № 2. – С. 36-42.
3. Кравченко Е. В. О методах оценки надежности полупроводниковых устройств силовой электротехники / Е. В. Кравченко // Современные техника и технологии: сборник трудов XX международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. – Томск: Изд-во ТПУ. – 2014. – Т. 1. – С. 25-26.
4. Горлов М. И. Современные диагностические методы контроля качества и надежности полупроводниковых изделий / М. И. Горлов, В. А. Сергеев; под науч. ред. М. И. Горлова // – 2-е изд. – Ульяновск: УлГТУ. – 2015. – 406 с.
5. Громов В. Вопросы контроля и обеспечения надежности ИЭТ для силовой электроники / В. Громов, И. Илюшкин // Силовая электроника. – 2005. – №2. – С. 18-19.

Claims (1)

  1. Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов, заключающийся в том, что на испытуемый полупроводниковый транзистор, включенный по схеме с общей базой или затвором, подают испытательные напряжения с линейно возрастающей во времени величиной, отличающийся тем, что испытательное напряжение имеет форму последовательности однополярных импульсов синусоидальной формы с нарастающей амплитудой и частотой до нескольких килогерц, а величину блокирующего напряжения на транзисторе измеряют в момент достижения выходным напряжением пикового детектора тока утечки силового транзистора заранее заданной величины, после чего происходит снятие с транзистора испытательного напряжения.
RU2018145533A 2018-12-21 2018-12-21 Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов RU2694169C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145533A RU2694169C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145533A RU2694169C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2694169C1 true RU2694169C1 (ru) 2019-07-09

Family

ID=67251950

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145533A RU2694169C1 (ru) 2018-12-21 2018-12-21 Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2694169C1 (ru)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4114096A (en) * 1977-04-25 1978-09-12 Rca Corporation Method of testing semiconductor devices
SU773537A1 (ru) * 1978-10-23 1980-10-23 Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева Устройство дл определени тока удержани силовых тиристоров
US4520448A (en) * 1981-10-28 1985-05-28 International Business Machines Corporation Method of characterizing reliability in bipolar semiconductor devices
RU2146376C1 (ru) * 1997-11-10 2000-03-10 Военный автомобильный институт Устройство для диагностирования электронных приборов систем электрооборудования автомобилей
RU2348941C1 (ru) * 2007-06-26 2009-03-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ диагностики полупроводниковых изделий по производным вольт-амперных характеристик
RU2537519C1 (ru) * 2013-07-19 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4114096A (en) * 1977-04-25 1978-09-12 Rca Corporation Method of testing semiconductor devices
SU773537A1 (ru) * 1978-10-23 1980-10-23 Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева Устройство дл определени тока удержани силовых тиристоров
US4520448A (en) * 1981-10-28 1985-05-28 International Business Machines Corporation Method of characterizing reliability in bipolar semiconductor devices
RU2146376C1 (ru) * 1997-11-10 2000-03-10 Военный автомобильный институт Устройство для диагностирования электронных приборов систем электрооборудования автомобилей
RU2348941C1 (ru) * 2007-06-26 2009-03-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Способ диагностики полупроводниковых изделий по производным вольт-амперных характеристик
RU2537519C1 (ru) * 2013-07-19 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Dupont et al. Preliminary evaluation of thermo-sensitive electrical parameters based on the forward voltage for online chip temperature measurements of IGBT devices
Pu et al. A practical on-board SiC MOSFET condition monitoring technique for aging detection
US8803529B2 (en) Method for determining capacitance
Amoiridis et al. Vce-based chip temperature estimation methods for high power IGBT modules during power cycling—A comparison
CN103954899B (zh) 一种实时测量二极管瞬态温升的方法
Bahun et al. Estimation of insulated-gate bipolar transistor operating temperature: simulation and experiment
Schmid et al. A new noise-suppression algorithm for transient thermal analysis in semiconductors over pulse superposition
RU2694169C1 (ru) Способ определения предельной величины блокирующего напряжения силовых транзисторов
Davis et al. Methodology and apparatus for rapid power cycle accumulation and in-situ incipient failure monitoring for power electronic modules
Yuan et al. Self-calibration for IGBT junction temperature measurement in power converter
CN106197721B (zh) 晶圆温度检测以及igbt模块温度检测处理的方法和装置
Zhang et al. Guideline for Reproducible SiC MOSFET Thermal Characterization Based on Source-Drain Voltage
RU2537519C1 (ru) Способ определения напряжения локализации тока в мощных вч и свч биполярных транзисторах
Braun et al. Reverse Recovery Testing of Small-Signal Schottky Diodes
RU2698512C1 (ru) Способ автоматизированного контроля тепловых сопротивлений полупроводниковых приборов
Clarkson et al. A wavelet-based method of measuring fluctuating harmonics for determining the filter time constant of IEC standard harmonic analyzers
Jørgensen et al. Novel screening techniques for wind turbine power converters
Hariharan et al. Degradation detection of PV arrays using extremum-seeking control based MPPT
Lacouture et al. An open circuit voltage decay system for performing injection dependent lifetime spectroscopy
Pu Realibility Assessment, Condition Monitoring and Lifetime Estimation of Silicon Carbide Mosfets
Knobloch et al. Test stand for obtaining power transistors switching characteristics during aging
Luo et al. Comparison of GaN HEMT Thermal Resistance Measurement Method Between Uniform Pulse Method and Modulation Method
Zhong et al. Quantum voltage noise source chip development at NIM
US20240102953A1 (en) Method for measuring degradation of thermal resistance between power semiconductor and heat sink, and control device for power semiconductor
Schneider et al. Modified Opposition Method Validation and Analysis for Characterization of Si IGBT

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201222