器件测试系统及方法与流程

本发明涉及器件测试技术领域，具体而言，涉及一种碳化硅器件测试平台及方法。

背景技术：

当前对mosfet器件的测试主要采用双脉冲测试的方法，双脉冲法可以在实验室用较简单的设备完成对功率器件基本性能的测试，但现有双脉冲平台有以下几个缺点：一是一般在常温下测试，难以测试开关器件在高温下的表现；二是驱动信号单一，两个脉冲难以测试开关器件完整的性能；三是用于igbt的测试平台一般开关频率不够，用于mosfet的测试平台一般电压不够；四是不同的测试内容需要重新负载和电源，导致效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种器件测试平台及方法，以实现输入电压可调节、负载灵活配置、测试温度可调节的功能，以及实现复杂的驱动脉冲，有较高的工程应用价值。

第一方面，本发明实施例提供了一种器件测试系统，包括：电源输入单元、负载单元、测量单元、加热单元、上位机和被测器件，所述电源输入单元与被测器件连接，用于为所述被测器件供电；

所述上位机与所述被测器件连接，所述被测器件包括驱动电路，所述上位机将预先设置的驱动信号传输至所述驱动电路，以控制所述驱动电路的导通和关断；

所述负载单元与所述驱动电路连接，在所述驱动电路导通时，用于调节所述驱动电路的电流变化率；

所述测量单元置于驱动电路上，用于测量流经所述驱动电路的电压和电流；

所述加热单元与所述被测器件相连，用于将所述被测器件加热到预设温度值。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述电源输入单元包括电源、断路器、限流电阻、初级可调隔离变压器、次级可调隔离变压器、整流桥和支撑电容，所述电源、所述断路器、所述限流电阻和所述初级可调隔离变压器串联构成初级限流电路，所述次级可调隔离变压器与所述整流桥的第一输入端相连，所述次级隔离变压器的第二输出端与所述整流桥的第二输入端相连，所述整流桥的第一输出端与所述支撑电容一端相连，所述整流桥的第二输出端与所述支撑电容另一端相连。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述驱动电路包括二极管和开关器件：

所述开关器件的漏极与所述支撑电容的正极连接，所述开关器件的源极与所述支撑电容的负极连接，所述开关器件的门极与所述上位机连接，所述二极管的负极与所述开关器件的漏极相连，所述二极管的正极与所述开关器件的源极相连。

结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述二极管包括：第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第五二极管和第六二极管，所述开关器件包括：第一mos管、第二mos管、第三mos管和第四mos管，所述支撑电容包括第一支撑电容和第二支撑电容，其中，

所述第一mos管的漏极与所述第一支撑电容的正极连接，源极与所述第二mos管的漏极连接，门极通过第一光耦合器与所述上位机连接；

所述第一二极管的负极与所述第一mos管的漏极相连，正极与所述第一mos管的源极相连；

所述第二mos管的漏极与所述第一mos管的源极连接，源极与所述第三mos管的漏极连接，门极通过第二光耦合器与所述上位机连接；

所述第二二极管的负极与所述第二mos管的漏极相连，正极与所述第二mos管的源极相连；

所述第三mos管的漏极与第二mos管的源极连接，源极与所述第四mos管的漏极连接，门极通过第三光耦合器与所述上位机连接；

所述第三二极管的负极与所述第三mos管的漏极相连，正极与所述第三mos管的源极相连；

所述第四mos管的漏极与所述第三mos管的源极连接，源极与所述第二支撑电容的负极连接，门极通过第四光耦合器与所述上位机连接；

所述第四二极管的负极与所述第四mos管的漏极相连，正极与所述第四mos管的源极相连；

所述第一支撑电容的负极与所述第二支撑电容的正极相连；

所述第五二极管的负极与所述第二mos管的漏极相连，正极分别与所述第六二极管的负极以及所述第一支撑电容的负极相连；

所述第六二极管的正极与所述第三mos管的源极相连。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，包括：所述上位机将预先设置的驱动信号通过光耦合器发送至所述开关器件的门极上，用于触发所述开关器件的门极，导通所述开关器件。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，

所述负载单元的正极连接在所述第三mos管的漏极，负极连接在所述第四mos管的源极。

结合第一方面的第五种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述负载单元包括：

第一电感、第二电感、第一电阻、第二电阻、第一档位开关、第二档位开关、第三档位开关、第四档位开关、第五档位开关和第六档位开关；

所述第一电感与所述第一档位开关串联，所述第二电感与所述第二档位开关串联，所述第一电感的一端、所述第二电感的一端与所述第三档位开关的一端连接于第一端点，所述第一档位开关的一端、所述第二档位开关的一端和所述第三档位开关的另一端连接于第二端点；

所述第一电阻与所述第四档位开关串联，所述第二电阻与所述第五档位开关串联，所述第一电阻的一端、所述第二电阻的一端与所述第六档位开关的一端连接于第三端点，所述第四档位开关的一端、所述第五档位开关的一端和所述第六档位开关的另一端连接于第四端点；

所述第二端点为所述负载单元的正极，所述第一端点与所述第四端点相连，所述第三端点为所述负载单元的负极。

结合第一方面的第三种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，

所述测量单元包括电压探头和电流探头，所述电压探头包括第一电压探头组、第二电压探头组、第三电压探头组和第四电压探头组，所述电流探头包括第一电流探头、第二电流探头；

所述第一电压探头组分别置于所述第二mos管的漏极和源极，所述第二电压探头组分别置于所述第三mos管的漏极和源极，所述第三电压探头组分别置于所述第五二极管的负极和正极，所述第四电压探头组分别置于所述第四mos管的漏极和源极；

所述第一电流探头置于所述第一mos管的源极，所述第二电流探头置于所述第三mos管的源极。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，

所述加热单元包括加热片和温度检测电阻；

所述加热片和所述温度检测电阻分别置于所述被测器件的散热片上。

第二方面，本发明实施例提供了一种器件测试方法，包括：

搭建包括电源输入单元、负载单元、测量单元、加热单元、上位机和被测器件的器件测试系统，其中，所述电源输入单元与所述被测器件连接，所述上位机与所述被测器件连接，所述被测器件包括驱动电路，所述负载单元与所述驱动电路连接，所述测量单元置于所述驱动电路上，所述加热单元与所述被测器件相连；

将所述被测器件加热到预设温度值；

调节所述负载单元，以在所述驱动电路导通时，调节所述驱动电路的电流变化率；

触发所述上位机将预先设置的驱动信号传输至所述驱动电路，以控制所述驱动电路的导通和关断；

控制所述测量单元测量流经所述驱动电路的电压和电流。

本发明实施例提供的器件测试系统及方法，采用灵活地负载配置、可调节电压电源电路、可调节测试温度的器件测试系统，用来测试开关器件在不同电压、温度下的电压值和电流值，与现有技术中的双脉冲平台相比，其实现输入电压可调节、负载灵活配置、测试温度可调节的功能，以及实现复杂的驱动脉冲，有较高的工程应用价值。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本发明实施例所提供的器件测试系统及方法的结构示意图；

图2示出了本发明实施例所提供的电源输入单元的电路图；

图3示出了本发明实施例所提供的驱动电路的电路图；

图4示出了本发明实施例所提供的驱动电路的电路图；

图5示出了本发明实施例所提供的测试脉冲波形图；

图6示出了本发明实施例所提供的负载单元的电路图；

图7示出了本发明实施例所提供的加热单元的结构示意图；

图8示出了本发明实施例所提供的器件测试系统及方法的方法流程图。

主要元件符号说明：1-电源输入单元；2-负载单元；3-测量单元；4-加热单元；5-上位机；6-被测器件；7-驱动电路；101-电源；102-断路器；103-限流电阻；104-整流桥；105-支撑电容；1051-第一支撑电容；1052-第二支撑电容；106-初级可调隔离变压器；107-次级可调隔离变压器；201-第一电感；202；第二电感；204-第一电阻；205-第二电阻；211-第一档位开关；212-第二档位开关；213-第三档位开关；214-第四档位开关；215-第五档位开关；216-第六档位开关；221-第一端点；222-第二端点；223-第三端点；224-第四端点；301-电压探头；302-电流探头；311-第一电压探头组；321-第二电压探头组；331-第三电压探头组；341-第四电压探头组；312-第一电流探头；322-第二电流探头；401-加热片；402-温度检测电阻；701-二极管；702-开关器件；711-第一二极管；721-第二二极管；731-第三二极管；741-第四二极管；751-第五二极管；761-第六二极管；712-第一mos管；722-第二mos管；732-第三mos管；742-第四mos管；7021-开关器件的漏极；7022-开关器件的源极；7023-开关器件的门极。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。

考虑到现有技术中采用双脉冲平台进行器件测试时，存在测试温度不可调节、驱动信号单一、开关频率或者输入电压无法调节和负载配置不灵活的问题，基于此，本发明实施例提供了一种器件测试系统及方法，下面通过实施例进行描述。

本发明实施例提供了一种器件测试系统，如图1所示，该系统包括：电源输入单元1、负载单元2、测量单元3、加热单元4、上位机5和被测器件6，电源输入单元1与被测器件6连接，用于为被测器件6供电；

上位机5与被测器件6连接，被测器件6包括驱动电路7，上位机5将预先设置的驱动信号传输至驱动电路7，以控制驱动电路7的导通和关断；

负载单元2与驱动电路7连接，在驱动电路7导通时，用于调节驱动电路7的电流变化率；

测量单元3置于驱动电路7上，用于测量流经驱动电路7的电压和电流；

加热单元4与驱动电路7相连，用于将驱动电路7加热到预设温度值。

如图2所示，电源输入单元1包括：电源101、断路器102、限流电阻103、整流桥104和支撑电容105，电源101、断路器102、限流电阻103和初级可调隔离变压器106串联构成初级限流电路，次级可调隔离变压器107与整流桥104的第一输入端相连，次级隔离变压器107的第二输出端与整流桥104的第二输入端相连,整流桥104的第一输出端与支撑电容105一端相连，整流桥104的第二输出端与支撑电容105另一端相连。

其中，电源101指的是交流电网，断路器102用于将电源101接入系统。限流电阻103可以在起始充电时和被测器件6短路时起到限制电流的作用，器件测试系统与功率平台不同，开关器件在器件测试系统上只动作有限几次，因此开关器件的相对功率很小，可以通过以下公式(1)选择限流电阻103的阻值：

公式(1)中的k是有效功率系数，一般取0.01；pmax是被测设备的最大功率，ug是电源电压有效值。

可调隔离变压器分为初级可调隔离变压器106和次级可调隔离变压器107，起到升压和隔离的作用。在隔离变压器中的一次侧和二次侧的电气完全绝缘，也使该回路隔离；使用隔离变压器使二次对地悬浮，只能用在供电范围较小、线路较短的场合，此时，系统的对地电容电流小得不足以对人身造成伤害，不仅可以保护设备，也可以保护人身安全。除此之外，隔离变压器还可以改变电压，比如将15v的交流电压变成220v的交流电压。

整流桥104用于将交流电整流成直流电，整流桥104的额定电流可以选取为被测设备最大电流的2％。支撑电容105是开关器件动作时的能量来源，可以通过以下公式(2)选取合适的电容值：

公式(2)中的t是脉冲测试时间长度，一般取0.002；udcmax是被测设备的最大直流测试电压，pmax是被测设备的最大功率。

如图3所示，驱动电路7包括二极管701和开关器件702，开关器件的漏极7021与支撑电容105的正极连接，开关器件的源极7022与支撑电容105的负极连接，开关器件的门极7023与上位机5连接，二极管701的负极与开关器件的漏极7021相连，二极管701的正极与开关器件的源极7021相连。

如图4所示，二极管701包括：第一二极管711、第二二极管721、第三二极管731、第四二极管741、第五二极管751和第六二极管761，开关器件702包括：第一mos管712、第二mos管722、第三mos管732和第四mos管742，支撑电容105包括第一支撑电容1051和第二支撑电容1052，其中，

第一mos管712的漏极与第一支撑电容1051的正极连接，源极与第二mos管722的漏极连接，门极通过第一光耦合器与上位机5连接；

第一二极管711的负极与第一mos管712的漏极相连，正极与第一mos管712的源极相连；

第二mos管722的漏极与第一mos管712的源极连接，源极与第三mos管732的漏极连接，门极通过第二光耦合器与上位机5连接；

第二二极管721的负极与第二mos管722的漏极相连，正极与第二mos管722的源极相连；

第三mos管732的漏极与第二mos管722的源极连接，源极与第四mos管742的漏极连接，门极通过第三光耦合器与上位机5连接；

第三二极管731的负极与第三mos管732的漏极相连，正极与第三mos管732的源极相连；

第四mos管742的漏极与第三mos管732的源极连接，源极与第二支撑电容1052的负极连接，门极通过第四光耦合器与上位机5连接；

第四二极管741的负极与第四mos管742的漏极相连，正极与第四mos管742的源极相连；

第一支撑电容1051的负极与第二支撑电容1052的正极相连；

第五二极管751的负极与第二mos管752的漏极相连，正极分别与第六二极管762的负极以及第一支撑电容1051的负极相连；

所述第六二极管的正极与所述第三mos管的源极相连。

上位机5将预先设置的驱动信号发送至与光耦合器相对应的开关器件702的门极上，用于触发开关器件702的门极，导通开关器件702。

测试脉冲的设置如图5所示，将测试脉冲分为簇和簇内脉冲，一簇包含多个簇内脉冲，簇内脉冲由多个簇内单脉冲组成，其中，簇内单脉冲的时间长度为k，占空比为d，即高电平脉冲占簇内单脉冲的时间比，以及簇内单脉冲重复次数n。簇的时间长度为l，簇的重复次数为m，因此簇的时间长度可通过以下公式(3)获得：

l＝k×d×n(3)

k、d、n、s、m均可视实际情况由用户自行设置。

如图6所示，负载单元2的正极连接在第三mos管732的漏极，负极连接在第四mos管742的源极。

负载单元2包括：第一电感201、第二电感202、第一电阻204、第二电阻205、第一档位开关211、第二档位开关212、第三档位开关213、第四档位开关214、第五档位开关215和第六档位开关216；

第一电感201与第一档位开关211串联，第二电感202与第二档位开关212串联，第一电感201的一端、第二电感202的一端与第三档位开关213的一端连接于第一端点221，第一档位开关211的一端、第二档位开关212的一端和第三档位开关213的另一端连接于第二端点222；

第一电阻204与第四档位开关214串联，第二电阻205与第五档位开关215串联，第一电阻204的一端、第二电阻205的一端与第六档位开关216的一端连接于第三端点223，第四档位开关214的一端、第五档位开关215的一端和第六档位开关216的另一端连接于第四端点224；

第二端点222为负载单元2的正极，第一端点221与第四端点224相连，第三端点223为负载单元2的负极。

电感电路和电阻电路都分为三档档位开关，其中第三档位开关213在闭合时会短路电感电路，第六档位开关216在闭合时会短路电阻电路，档位开关由上位机5控制，采用光耦合器隔离连接档位开关，通过传输开关电源的控制信号，用于闭合和断开档位开关，从而实现负载电路的灵活配置。

第一电感201和第二电感202的电感值可相差5～10倍，第一电阻204和第二电阻205的阻值也可以相差5～10倍，这样选择空间更大。其中，电感电路用于调节电流变化率，电阻电路用于在簇内单脉冲时间里将电流回流。

如图4所示，测量单元3包括电压探头301和电流探头302，电压探头301包括第一电压探头组311、第二电压探头组321、第三电压探头组331和第四电压探头组341，电流探头302包括第一电流探头312、第二电流探头322；

第一电压探头组311分别置于第二mos管722的漏极和源极，第二电压探头组321分别置于第三mos管732的漏极和源极，第三电压探头组331分别置于第五二极管751的负极和正极，第四电压探头组341分别置于第四mos管742的漏极和源极；

第一电流探头312置于第一mos管712的源极，第二电流探头322置于第三mos管732的源极。

如图7所示，加热单元4包括加热片401和温度检测电阻402，加热片401和温度检测电阻402分别置于被测器件6的散热片上，用于将散热片加热到预设温度及检测和控制加热温度，以实现测试温度可调节的功能，测试开关器件702在高温环境下的器件性能。其中，温度检测电阻402可用ntc温度检测电阻，这是一种热敏电阻，电阻值随着温度上升而迅速下降，可以检测和控制加热温度。而且ntc温度检测电阻的实际尺寸十分灵活，它们可小至.010英寸或很小的直径，最大尺寸几乎没有限制，但通常适用半英寸以下。

如图8所示，本发明实施例还提供了一种器件测试方法，该方法具体包括以下步骤s101～s105：

s101，搭建包括电源输入单元、负载单元、测量单元、加热单元、上位机和被测器件的器件测试系统，其中，电源输入单元与被测器件连接，上位机与被测器件连接，被测器件包括驱动电路，负载单元与驱动电路连接，测量单元置于驱动电路上，加热单元与被测器件相连。

s102，将被测器件加热到预设温度值。

s103，调节负载单元，以在驱动电路导通时，调节驱动电路的电流变化率。

s104，触发上位机将预先设置的驱动信号传输至驱动电路，以控制驱动电路的导通和关断。

s105，控制测量单元测量流经驱动电路的电压和电流。

基于上述分析可知，与相关技术中的实验室采用双脉冲平台简单测试相比，本发明实施例提供的器件测试系统及方法通过采用灵活地负载配置、可调节电压电源电路、可调节测试温度的器件测试系统，用来测试开关器件在不同电压、温度下的电压值和电流值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以是两个元件内部的连通。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。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。