一种半导体开关管测试装置的制作方法

本实用新型涉及电子设备检测技术领域，尤其涉及一种半导体开关管测试装置。

背景技术：

随着我国新能源技术的飞速发展，交直流能量转换成为了光伏和新能源车的最关键的技术环节，并受到了新能源行业、国家的高度重视。

IGBT功率器件是交直流能量转换的核心器件，其使用参数直接决定了能量转换的稳定性和效率，一般利用半导体开关管测试装置对IGBT功率器件进行双脉冲测试，以获得IGBT功率器件的使用参数。

但是，现有技术中的半导体开关管测试装置不具有散热结构，当长时间工作时，由于半导体开关管测试装置内部的元件的温度过高，会导致半导体开关管测试装置损坏，影响试验的进行。

因此，针对现有的半导体开关管测试装置不具有散热结构，导致其容易损坏的问题，需要提供一种具有散热结构且可靠性较高的半导体开关管测试装置。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型提供一种半导体开关管测试装置，由于具有散热结构，能够对其内部的元件进行散热，提高使用寿命和可靠性。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种半导体开关管测试装置，包括：

测试箱，测试箱具有容纳腔，容纳腔的侧壁上设有进风口和出风口，出风口上设有导流风扇；

测试板，测试板设置于容纳腔内，测试板包括用于对待测试元件进行双脉冲测试的测试电路，测试电路包括：

检测模块，检测模块包括元件测试电路和脉冲测试电路，元件测试电路和脉冲测试电路分别与待测试元件连接，元件测试电路用于对待测试元件进行失效测试，脉冲测试电路用于对待测试元件进行双脉冲测试；

驱动模块，驱动模块与待测试元件连接，为待测试元件提供脉冲测试信号；和

控制模块，控制模块的信号输出端分别与元件测试电路、脉冲测试电路和驱动模块通信连接；控制模块的信号输入端与待测试元件连接，以获取待测试元件的测试结果；

其中，驱动模块和检测模块依次由进风口向出风口方向布置。

进一步地，测试板还包括：

用于与待测试元件连接的测试接口，检测模块、驱动模块和控制模块分别通过测试接口与待测试元件连接。

进一步地，测试箱的顶板开设有测试窗口，测试板可拆卸地设置于容纳腔内，并且使测试接口通过测试窗口伸出所述容纳腔。

进一步地，测试窗口设有用于保护容纳腔的封板。

进一步地，还包括：

低压电源，低压电源设置于容纳腔内，低压电源分别为元件测试电路、驱动模块和控制模块供电。

进一步地，测试箱的第一侧板上设有高压电源插口，高压电源插口用于与高压电源连接，并为脉冲测试电路供电。

进一步地，测试板还包括第一安装板、第二安装板和连接板，连接板竖直设置，第一安装板水平设置于连接板顶端，第二安装板水平设置于安装板底端，检测模块集成于第一安装板上，驱动模块和控制模块集成于第二安装板上。

进一步地，测试箱的第二侧板上设有进风口，测试箱的第三侧板上设有出风口，第二侧板与第一侧板相邻连接，第三侧板与第二侧板相邻连接并且与第一侧板相对设置。

进一步地，第一安装板与第二侧板平行的侧板的底部竖直设有导流齿。

进一步地，还包括显示屏，显示屏设置于顶板上且与测试电路连接。

本实用新型的半导体开关管测试装置，其测试箱的容纳腔的侧壁上设有进风口和出风口，出风口上设有导流风扇，使容纳腔内的散热气流可以形成一个散热通风通道，从而能通过散热气流将位于散热通风通道内的元件的热量待到壳体外部，使位于散热通风通道内的元件都能够有效通风散热。同时，驱动模块、控制模和检测模块根据其耐热性由低到高，依次由进风口向出风口方向布置，能够提高散热效率和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的半导体开关管测试装置的外部结构示意图；

图2为本实用新型的半导体开关管测试装置的散热结构示意图；

图3为本实用新型的半导体开关管测试装置的内部结构示意图；

图4为本实用新型的测试电路的模块示意图；

图5为本实用新型的测试电路的电路图；

图6为本实用新型的测试板的结构示意图；

图7为图6中A部的局部放大图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型的结构以及工作原理等作进一步的说明。

如图1-3所示，本实用新型的一种半导体开关管测试装置，包括测试板20和测试箱。测试箱具有容纳腔，容纳腔的侧壁上设有进风口61和出风口62，出风口62上设有导流风扇63。测试板20设置于容纳腔内，测试板20包括用于对待测试元件30进行双脉冲测试的测试电路，测试电路包括检测模块、驱动模块27和控制模块28。其中，驱动模块27和检测模块依次由进风口向出风口方向布置。

在本实用新型实施例中，测试板20还包括用于与待测试元件30连接的测试接口21，检测模块、驱动模块27和控制模块28分别通过测试接口21与待测试元件30连接。

在本实用新型实施例中，测试箱的壳体由顶板11、底板16、第一侧板12、第二侧板13、第三侧板14、第四侧板15和底板16构成，第一侧板12、第二侧板13、第三侧板14和第四侧板15连接后构成壳体的侧壁，侧壁与顶板11、底板16连接后，其内部形成测试箱的容纳腔。

如图1所示，测试箱的顶板11开设有测试窗口，测试板20可拆卸地设置于容纳腔内，并且使测试接口21通过测试窗口伸出容纳腔。由于测试板20与测试箱可拆卸连接，针对不同的新能源产品对待测试元件30进行测试时，可以用与该新能源产品对应的测试板20进行测试。因此，仅通过更换测试板20即可对待测试元件30进行不同应用场景下的测试，满足对常用新能源产品的模拟测试需求，使得半导体开关管测试装置具有通用性，因此，能够提高测试效率、降低测试成本。同时，由于测试板20能够模拟不同的新能源产品，因此，能够在特定产品的实际工况下进行测试，使测试更有针对性。

在本实用新型实施例中，测试窗口设有用于保护容纳腔的封板17。封板17能够仅使测试接口21暴露在壳体外，并将测试接口21边缘与测试窗口之间的空隙遮盖住，防止灰尘、杂质、水等容易损坏半导体开关管测试装置的物体进入容纳腔。同时，在本实用新型实施例中，测试接口21为直插接口，这种外置直插设计能够使待测试元件30插拔便捷，提高测试效率。

如图2所示，在本实用新型实施例中，测试箱的第二侧板13上设有进风口61，测试箱的第三侧板14上设有出风口62，出风口62上设有导流风扇63，能通过散热气流将容纳腔内的元件的热量待到壳体外部，使容纳腔内的元件都能够有效通风散热。

在本实用新型实施例中，如图4所示，测试电路包括检测模块、驱动模块27和控制模块28。其中，检测模块包括元件测试电路25和脉冲测试电路26，元件测试电路25和脉冲测试电路26分别与测试接口21连接，元件测试电路25用于对待测试元件30进行失效测试，脉冲测试电路26用于对待测试元件30进行双脉冲测试。驱动模块27与测试接口21连接，为待测试元件30提供脉冲测试信号。控制模块28的信号输出端分别与元件测试电路25、脉冲测试电路26和驱动模块27通信连接，用于控制元件测试电路25、脉冲测试电路26和驱动模块27的工作。控制模块28的信号输入端与测试接口21连接，以获取待测试元件30的测试结果。

在本实用新型实施例中，半导体开关管测试装置还包括低压电源52，低压电源52设置于容纳腔内，低压电源52分别为元件测试电路25、驱动模块27和控制模块28供电。测试箱的第一侧板12上设有高压电源插口51，高压电源插口51用于与高压电源连接，并为脉冲测试电路26供电。

在本实用新型实施例中，半导体开关管测试装置还包括显示屏40，显示屏40设置于顶板11上且与测试电路连接，显示屏40能够显示半导体开关管测试装置当前的状态、需要设置的参数和检测的参数。显示屏40还可以为触摸显示屏40，用于对半导体开关管测试装置进行参数设置。

如图5所示，在本实用新型一个实施例中，测试电路用于检测待测试元件QD1的参数，包括检测模块、驱动模块27、控制模块28和电源模块。

其中，低压电源DC2给双脉冲测试平台提供弱电电源。高压电源DC1为脉冲测试电路26提供需要的高压电压。高压电源DC1能够由控制模块28控制，根据不同电压等级的待检测器件的标准测试电压条件，调节高压电源对应的输出电压值。

在本实用新型实施例中，检测模块包括元件测试电路25和脉冲测试电路26。其中，元件测试电路25包括继电器K4和电阻R2，继电器K4、电阻R2和低压电源DC2依次串联后，通过测试接口21连接于待测试元件QD1的C1端和E1端，使继电器K4、电阻R2、低压电源DC2和待测试元件QD1构成回路。

此时，控制模块28能够通过控制继电器K4的通断，控制元件测试电路25与待测试元件QD1是否连通。当控制模块28控制继电器K4闭合后，控制模块28控制驱动模块27发送脉冲信号，并且检测待测试元件QD1在导通和不导通两种情况下的第一测试结果，根据第一测试结果确定待测试元件QD1是否为有效元件。

脉冲测试电路26包括继电器K3和功率器件QD2，功率器件QD2、继电器K3和高压电源DC1串联后，连接于待测试元件QD1的C1端和E1端，使功率器件QD2、继电器K3、高压电源DC1和待测试元件QD1构成回路。具体地，功率器件QD2的E2端还通过测试接口21与待测试元件QD1的C1端连接，功率器件QD2的C2端还通过测试接口21与继电器K3连接，继电器K3与高压电源DC1串联后，再通过测试接口21与待测试元件QD1的E1端连接。控制模块28能够通过控制继电器K3的通断，控制脉冲测试电路26与待测试元件QD1是否连通。当控制模块28控制继电器K3闭合后，控制模块28控制驱动模块27发送脉冲信号，并且检测待测试元件QD1的第二测试结果，根据第二测试结果确定待测试元件QD1的参数。

在本实用新型实施例中，测试电路还可以包括缓流电路53，缓流电路53包括电抗器L1，电抗器L1的两端分别通过测试接口21与功率器件QD2的C2端、E2端连接，以对脉冲测试电路26起到缓流作用。

在本实用新型实施例中，测试电路还包括稳压电路，稳压电路与高压电源并联连接。其中，稳压电路包括蓄能支路和释能支路，蓄能支路和释能支路并联连接。具体地，蓄能支路包括电容C1，释能支路包括电阻R1和与待测试元件QD1相同的功率器件QD3。电容C1并联于高压电源DC1两端。电阻R1的一端与电容C1的一端连接，电阻R1的另一端通过测试接口21与功率器件QD3的C3端连接，功率器件QD3的E3端通过测试接口21与电容C1的另一端连接。其中，设置电阻R1是为了在电容C1放电时，使其放电电流值根据欧姆定律而被限流。

为了保证双脉冲测试平台的安全性，在进行双脉冲测试之前，无需对电容C1进行充电，在本实用新型实施例中，电容C1的两端与高压电源DC1的两端之间还分别设有继电器K1和继电器K2，继电器K2串联于高压电源DC1与继电器K3之间，继电器K2串联于高压电源DC1与待测试元件QD1的测试接口21之间。控制模块28能够控制继电器K1和继电器K2的通断，具体地，当进行过失效检测后，准备对待测试元件QD1进行双脉冲测试时，控制模块28控制继电器K1和继电器K2闭合，使高压电源DC1对电容C1进行充电，当控制模块28检测到电容C1的电压已经与高压电源DC1的输出电压相同时，控制模块28控制继电器K3闭合，并对待测试元件QD1进行双脉冲测试。当双脉冲测试结束时，为了保证双脉冲测试平台的安全性，通过释能支路对电容C1放电。

在本实用新型实施例中，驱动模块27包括驱动控制器和变压器，驱动控制器通过变压器与控制模块28连接。驱动控制器的Vcc引脚通过测试接口21与待测试元件QD1的C1端连接，驱动控制器的GL引脚和GH引脚分别通过测试接口21与待测试元件QD1的G1端连接，驱动控制器的Vc引脚通过测试接口21与待测试元件QD1的E1端连接，用以为待测试元件QD1提供脉冲信号。

当控制模块28向驱动控制器发出双脉冲信号时，该信号经过变压器将电压升压到待测试元件QD1所需驱动的电压范围(0～15V)，以对待测试元件QD1进行开关控制，使控制模块2830根据开关控制结果获得第二测试结果。具体地，当脉冲信号为高电平时，待测试元件QD1导通，当脉冲信号为低电平时，待测试元件QD1截止。

在本实用新型实施例中，控制模块28包括上位机、控制器和采样电路。其中，控制器与上位机通信连接，控制器的信号输出端分别与元件测试电路25、脉冲测试电路26和驱动模块27通信连接，控制器的信号输入端通过采样电路与待测试元件连接。控制器可以为DSP控制板，DSP控制板的GPIO引脚用于对各继电器发出控制其通断的信号，DSP控制板的ADC引脚与采样电路的电路输出端连接，DSP控制板的RS485引脚用于与上位机通信连接，DSP控制板的GPIO10引脚用于与驱动控制器通信连接。其中，DSP控制板接收到上位机的开始测试指令后，能够从GPIO10引脚像驱动控制器发出双脉冲信号，通过驱动控制器对待测试元件QD1进行开关控制。

除此之外，DSP控制板还能用高压电源DC1通信连接，测试人员能够通过上位机内置的软件，设置高压电源DC1的输出电压的大小以及双脉冲测试信号的脉冲宽度，从而对高压电源DC1进行手动调节。

在本实用新型实施例中，采样电路可以为电压采用电路，控制器通过电压采样电路采集待测试元件两端的电压信号。具体地，电压采样电路包括电阻RD1、RD2、RD3、RD4、RD5、RD6、RD7和差分运算放大器UC1。其中，电阻RD1、RD2为贴片电阻，分别通过测试接口21并联于待测试元件QD1的C1端、E1端。电压采用电路能够将采集的高电压经过差分运算放大器UC1缩小成0～3V的电压信号后，传送给DSP控制板的ADC引脚，以使待测试元件QD1的C1端、E1端的电压值Uce1作为测试结果。

如图6所示，在本实用新型实施例中，测试板20还包括第一安装板22、第二安装板23和连接板24，连接板24竖直设置，第一安装板22水平设置于连接板24顶端，第二安装板23水平设置于安装板底端，检测模块的元件测试电路25和脉冲测试电路26、测试接口21分别集成于第一安装板22上，驱动模块27和控制模块28集成于第二安装板23上。需要说明的是，如图1-3所示，除测试电路的检测模块、驱动模块27和控制模块28设置于第一安装板22和第二安装板23以外，测试电路的稳压电路和缓流电路53分别布置于容纳腔的空余空间内。

如图6-7所示，在本实用新型实施例中，第一安装板22与第二侧板13平行的侧边的底部竖直设有导流齿29。导流齿29为多个，多个导流齿29均匀地分布于第一安装板22与第二侧板13平行的侧边底部，相邻两个导流齿29之间的间距相同。因此，进风口61、导流齿29、出风口62、导流风扇63配合，使容纳腔内的散热气流可以形成一个散热通风通道(如图6中箭头所示)，从而能通过散热气流将位于散热通风通道内的元件的热量待到壳体外部，使位于散热通风通道内的元件都能够有效通风散热。

在本实用新型实施例中，由于驱动模块27的耐热性、检测模块和测试接口21的耐热性和缓流电路53的耐热性依次增高，因此，将和驱动模块27设置于第二安装板23靠近进风口61的位置，将检测模块和测试接口21设置于第一安装板22远离进风口61的位置，将缓流电路53设置于容纳腔内靠近出风口62的位置，依次能够使散热气流发挥最大的散热能力，提高了散热效率和可靠性，降低了装置成本。

本实用新型实施例的半导体开关管测试装置的使用方法为：

将待测试元件30插进测试接口21后，将高压电源插口51与高压电源连接。启动上位机，通过显示屏40设置高压电源的输出电压、低压电压的输出电压和脉冲宽度，然后开始双脉冲测试。当测试结束后，上位机发送放电指令，泄放掉测试电路中所有电容的电量，断开高压电源，结束测试。

以上，仅为本实用新型的示意性描述，本领域技术人员应该知道，在不偏离本实用新型的工作原理的基础上，可以对本实用新型作出多种改进，这均属于本实用新型的保护范围。