一种压接型IGBT器件的短路失效测试方法及装置与流程

本发明涉及电力电子器件测试技术领域，具体涉及一种压接型igbt器件的短路失效测试方法及装置。

背景技术

igbt器件(insulatedgatebipolartransistor)，又称绝缘栅双极型晶体管，是由双极型三极管(bjt)和绝缘栅型场效应管(mos)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,而压接型igbt器件是通过采用压接封装形式对igbt器件进行封装，将芯片、钼片、金属电极等，通过机械压力压接在一起，从而实现器件内部的低杂散电感、低热阻以及器件的高功率密度等特点。

压接型igbt器件在工作的过程中，如果发生意外故障，由于压接型igbt器件的外表面承受巨大的机械压力，因故障的存在容易造成压接型igbt器件进一步产生短路失效故障，进而加大压接型igbt器件的故障程度，又因为短路失效造成压接型igbt器件的工作电流急剧增加，进而使得压接型igbt器件的电阻值增大，如果该电阻值长期处于较大的状态，导致压接型igbt器件完全发生开路，无法继续使用，并且如果不能及时发现压接型igbt器件发生短路失效以及压接型igbt器件短路失效后的特性，将影响电力系统运行的可靠性。

技术实现要素：

因此，本发明实施例要解决的技术问题在于现有技术因压接型igbt器件在工作的过程中发生短路失效故障后不能及时发现压接型igbt器件发生短路失效以及压接型igbt器件短路失效后的特性，将影响电力系统运行的可靠性。

为此，本发明实施例提供了如下技术方案：

本发明提供一种压接型igbt器件的短路失效测试方法，包括如下步骤：

获取待测压接型igbt器件在所述短路失效状态下的第一电压和第一电流，所述第一电压为所述待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，所述第一电流为所述待测压接型igbt器件的集电极电流；

根据所述第一电压和所述第一电流，计算所述待测压接型igbt器件在所述短路失效状态下的失效电阻；

在所述待测igbt器件发生所述短路失效后的预设时间内获取所述失效电阻的变化率；

根据所述失效电阻的变化率确定所述待测压接型igbt器件的短路失效特性。

可选地，所述获取待测压接型igbt器件在所述短路失效状态下的第一电压和第一电流的步骤之前还包括，

在预设测试环境中通过高压电容使得所述待测压接型igbt器件的所述第一电压与所述待测压接型igbt器件的集电极与发射极所在闭合回路中的直流母线电压相等；

在所述预设测试环境中通过驱动器件控制所述待测压接型igbt器件的第二电压使得所述待测压接型igbt器件击穿达到所述短路失效状态，所述第二电压为所述待测压接型igbt器件的栅极与发射极之间的开通电压。

可选地，所述预设测试环境为特定温度下的密闭防爆空间。

可选地，所述获取待测压接型igbt器件的第一电压与第一电流通过直流电流源为所述待测压接型igbt器件的发射极与集电极的所在闭合回路提供额定工作电流。

可选地，所述高压电容通过预先计算其电参数使其满足所述短路失效的工作条件。

本发明实施例提供一种压接型igbt器件的短路失效测试装置，包括：

第一获取模块，用于获取待测压接型igbt器件在所述短路失效状态下的第一电压和第一电流，所述第一电压为所述待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，所述第一电流为所述待测压接型igbt器件的集电极电流；

计算模块，用于根据所述第一电压和所述第一电流，计算所述待测压接型igbt器件在所述短路失效状态下的失效电阻；

第二获取模块，用于在所述待测igbt器件发生所述短路失效后的预设时间内获取所述失效电阻的变化率；

确定模块，用于根据所述失效电阻的变化率确定所述待测压接型igbt器件的短路失效特性。

可选地，所述的短路失效测试装置，还包括，

失效处理模块，用于在预设测试环境中通过高压电容使得所述待测压接型igbt器件的所述第一电压与所述待测压接型igbt器件的集电极与发射极所在闭合回路中的直流母线电压相等；

驱动控制模块，用于在所述预设测试环境中通过驱动器件控制所述待测压接型igbt器件的第二电压使得所述待测压接型igbt器件击穿达到所述短路失效状态，所述第二电压为所述待测压接型igbt器件的栅极与发射极之间的开通电压。

可选地，所述预设测试环境为特定温度下的密闭防爆空间。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现所述的短路失效测试方法的步骤。

本发明实施例提供一种压接型igbt器件的短路失效测试设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述的短路失效测试方法的步骤。

本发明实施例技术方案，具有如下优点：

本发明提供一种压接型igbt器件的短路失效测试方法及装置，其中方法包括：获取待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压和第一电流，第一电压为待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，第一电流为待测压接型igbt器件的集电极电流；根据第一电压和第一电流，计算待测压接型igbt器件在短路失效状态下的失效电阻；在待测igbt器件发生短路失效后的预设时间内获取失效电阻的变化率；根据失效电阻的变化率确定待测压接型igbt器件的短路失效特性。本发明通过短路失效测试可以确定出待测压接型igbt器件的失效电阻的电阻变化率，进而可以评估待测压接型igbt器件的短路失效特性，可实现待测压接型igbt器件投入到电力系统中进行可靠运行，并可以增强其使用寿命。

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1中压接型igbt器件的短路失效测试方法的第一流程图；

图2为本发明实施例1中压接型igbt器件的第一电路图；

图3为本发明实施例1中压接型igbt器件的短路失效测试方法的第二流程图；

图4为本发明实施例1中压接型igbt器件的第二电路图；

图5为本发明实施例2中压接型igbt器件的短路失效测试装置的第一结构框图；

图6为本发明实施例2中压接型igbt器件的短路失效测试装置的第二结构框图；

图7为本发明实施例4中压接型igbt器件的短路失效测试设备的硬件示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例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。

在本发明实施例的描述中，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实施例和简化描述，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。

在本发明实施例的描述中，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压接型igbt器件的短路失效测试方法，如图1所示，包括如下步骤：

s11、获取待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压和第一电流，第一电压为待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，第一电流为待测压接型igbt器件的集电极电流。此处的压接型igbt器件为通过机械结构进行封装后的igbt器件，其短路失效状态为待测压接型igbt器件的集电极与发射极发生短路的状态，该短路失效引起待测压接型igbt器件的集电极电流急剧增大，进而造成待测压接型igbt器件所在电路也会发生短路故障。如图2所示，待测压接型igbt器件为dut，其集电极为c，栅极为g,发射极为e，待测压接型igbt器件可以为abb公司的4500v/3000a的压接型igbt器件，器件型号为5sna3000k452300。

待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压为vge,待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电流为ic。

s12、根据第一电压和第一电流，计算待测压接型igbt器件在短路失效状态下的失效电阻。此处的失效电阻为待测压接型igbt器件所在闭合回路中的等效电阻，失效电阻可以用rce表示，该失效电阻的阻值较大且持续时间较长，容易造成待测压接型igbt器件发生开路，导致其直接被损坏，这将需要维修人员更换新的压接型igbt器件替代，显然会加大电力电子器件的设置成本，即使待测压接型igbt器件发生短路失效，但如果能够保证该失效电阻持续的时间较短，就能够利用该短路失效特性适应待测压接型igbt器件串联时的冗余电路的设计，即在电力系统中能够进行可靠运行。因为第一电压为vge，第一电流为ic，故

s13、在待测igbt器件发生短路失效后的预设时间内获取失效电阻的变化率。此处的预设时间为待测压接型igbt器件的测试特定时间，例如：预设时间为s，s可以为10min，例如：失效电阻为r,r＝20ω，失效电阻的变化率为q，故

s14、根据失效电阻的变化率确定待测压接型igbt器件的短路失效特性。此处的短路失效特性为失效电阻的评估情况，该评估情况可以通过失效电阻在特定时间内其电阻值的变化率进行评估待测压接型igbt器件的失效特性，该电阻值的变化率越小表明失效电阻增加的速度越慢，该电阻值的变化率越大表明失效电阻增加的速度越快，当然，失效电阻的电阻值增加的速度越慢其失效特性越好，反之，失效电阻的电阻值增加的速度越快其失效特性越差，待测压接型igbt器件维持低电阻的能力越差，故待测压接型igbt器件投入到电力系统中的可靠性较差。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试方法，如图3所示，获取待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压和第一电流的步骤s11之前还包括，

s31、在预设测试环境中通过高压电容使得待测压接型igbt器件的第一电压与待测压接型igbt器件的集电极与发射极所在闭合回路中的直流母线电压相等。此处的预设测试环境为在特定温度下的密闭防爆空间，例如：将待测压接型igbt器件放置在密闭防爆腔体中且在指定的管壳温度下进行短路失效测试，之所以将待测压接型igbt器件放置在密闭防爆腔体中进行测试，是因为待测压接型igbt器件发生短路失效后其产生的能量巨大，从而使得待测压接型igbt器件内部的爆炸物喷出，从而不利于人身安全。高压电容需要通过预先计算其电参数使其满足短路失效的工作条件，因为在短路失效测试的过程中，高压电容的值不能太大，也不能太小，此处高压电容的数值计算为：根据数据手册，可以得到待测压接型igbt器件短路失效测试过程中的直流母线电压为vcc、短路电流为isc、短路时间脉宽为tpsc。待测压接型igbt进行短路失效的测试过程中，直流母线电压的下降率不超过5％，从而可以得到下式：

考虑到电容值太大，因短路失效发生爆炸产生的能量就太大，因此取下降率为5％，从而可以获得待测压接型igbt器件在测试时所需要高压电容值的大小。高压电容的正负极分别与待测压接型igbt器件的集电极与发射极连接。如图4所示，高压电容c的电压值的大小等于u1，与待测压接型igbt器件所在的闭合回路中的直流母线电压相等,驱动板输出的驱动电压为u2，待测测压接型igbt器件为dut，其集电极为c，栅极为g，发射极为e,集电极与发射极之间的电压为vge，集电极电流为ic。根据数据手册，选取高压电容的电容值，根据测试电压vcc＝3400v，短路电流12ka，短路时间10μs，可以计算得到电容值为706μf。

s32、在预设测试环境中通过驱动器件控制待测压接型igbt器件的第二电压使得待测压接型igbt器件击穿达到短路失效状态，第二电压为待测压接型igbt器件的栅极与发射极之间的开通电压。此处的驱动器件为驱动板，驱动板分别与待测压接型igbt器件的栅极与发射极连接，而栅极与发射极之间的电压vge，其为为开通电压，通过驱动板控制该待测压接型igbt器件的开通电压达到一定值开通后，待测压接型igbt器件导通并持续输出高电平使其能够瞬间击穿，即待测压接型igbt器件击穿后，其内部将会由于短时间内发热量太大，进而发生爆炸使得待测压接型igbt器件处于短路失效状态,具体为，由于待测压接型igbt器件内部的金属、硅材料将会形成熔融合金。并且待测压接型igbt器件的上下表面因封装而承受一定的机械压力，故在其失效后会以短路形式呈现，整个短路失效的测试过程直到高压电容的能量耗尽才算测试结束。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试方法，获取待测压接型igbt器件的第一电压与第一电流通过直流电流源为待测压接型igbt器件的发射极与集电极的所在闭合回路提供额定工作电流。例如：在图2中，s为开关，dut为待测压接型igbt器件，vge和vce分别为待测压接型igbt器件的栅射极电压和集射极电压，直流电流源为g，电流表为a。此处的直流电流源可以长期输出额定3000a的直流电流，在图2中，当开关s闭合后，使得待测压接型igbt器件dut形成闭合回路后，测量待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，即测量vce，并测量集电极电流ic。通过公式计算短路失效后失效电阻，进而得到该失效电阻在预设时间内的电阻值变化率。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试方法，通过短路失效测试可以确定出待测压接型igbt器件的失效电阻的电阻变化率，进而可以评估待测压接型igbt器件的短路失效特性，可实现待测压接型igbt器件投入到电力系统中进行可靠运行，并且可以获知待测压接型igbt器件在短路失效后维持的低电阻能力，如果短路失效后低电阻能力很强，其可以增强待测压接型igbt器件的使用寿命，减少其更换次数，从而降低电力电子器件的设计成本。

实施例2

本发明实施例提供一种压接型igbt器件的短路失效测试装置，如图5所示，包括：

第一获取模块51，用于获取待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压和第一电流，第一电压为待测压接型igbt器件的集电极与发射极之间的电压，第一电流为待测压接型igbt器件的集电极电流；

计算模块52，用于根据第一电压和第一电流，计算待测压接型igbt器件在短路失效状态下的失效电阻；

第二获取模块53，用于在待测igbt器件发生短路失效后的预设时间内获取失效电阻的变化率；

确定模块54，用于根据失效电阻的变化率确定待测压接型igbt器件的短路失效特性。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试装置，如图6所示，还包括，

失效处理模块61，用于在预设测试环境中通过高压电容使得待测压接型igbt器件的第一电压与待测压接型igbt器件的集电极与发射极所在闭合回路中的直流母线电压相等；

驱动控制模块62，用于在预设测试环境中通过驱动器件控制待测压接型igbt器件的第二电压使得待测压接型igbt器件击穿达到短路失效状态，第二电压为待测压接型igbt器件的栅极与发射极之间的开通电压。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试装置，预设测试环境为特定温度下的密闭防爆空间。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试装置，获取待测压接型igbt器件的第一电压与第一电流通过直流电流源为待测压接型igbt器件的发射极与集电极的所在闭合回路提供额定工作电流。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试装置，高压电容通过预先计算其电参数使其满足短路失效的工作条件。

本发明实施例中压接型igbt器件的短路失效测试装置，通过短路失效测试可以确定出待测压接型igbt器件的失效电阻的电阻变化率，进而可以评估待测压接型igbt器件的短路失效特性，可实现待测压接型igbt器件投入到电力系统中进行可靠运行，并且可以获知待测压接型igbt器件在短路失效后维持的低电阻能力，如果短路失效后低电阻能力很强，其可以增强待测压接型igbt器件的使用寿命，减少其更换次数，从而降低电力电子器件的设计成本。

实施例3

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现实施例1中的压接型igbt器件短路失效测试方法。该存储介质上存储有待测压接型igbt器件在短路失效状态下的第一电压和第一电流、失效电阻的变化率、待测压接型igbt器件的第二电压。

其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)、随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)、快闪存储器(flashmemory)、硬盘(harddiskdrive，缩写：hdd)或固态硬盘(solid-statedrive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(rom)或随机存储记忆体(ram)等。

实施例4

本发明实施例提供一种压接型igbt器件的短路失效测试设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实施例1的压接型igbt器件的短路失效测试方法的步骤。图7是本发明实施例提供的执行列表项操作的处理方法的压接型igbt器件的短路失效测试设备的硬件结构示意图，如图7所示，该压接型igbt器件的短路失效测试设备包括一个或多个处理器710以及存储器720，图7中以一个处理器710为例。

执行列表项操作的处理方法的设备还可以包括：采集装置730。

处理器710、存储器720、和采集装置730可以通过总线或者其他方式连接，图7中以通过总线连接为例。

处理器710可以为中央处理器(centralprocessingunit，cpu)。处理器710还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(digitalsignalprocessor，dsp)、专用集成电路(applicationspecificintegratedcircuit，asic)、现场可编程门阵列(field-programmablegatearray，fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

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。而由此所引伸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。