一种IGBT器件测试装置及测试方法与流程

本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种igbt器件测试装置及测试方法。

背景技术：

随着近年来igbt技术的快速发展，电压、电流等级的逐渐提升，其在电力系统中的应用越来越广泛，而电力系统应用环境复杂，有些使用环境的温度和湿度较高且还需要承受高电压，因此对igbt器件也提出了一些特殊要求：高温高湿度下电压耐受能力。iec60747-9标准中要求igbt器件可靠性必测项之一的高温反偏(htrb)试验，标准中规定igbt需要在最高工作结温下集射极持续承受80％额定电压1000小时；而jesd22-a101c稳态湿热偏置寿命试验(h3trb)标准中规定的测试条件是温度85℃，相对湿度85％，试验时间1000小时，偏置电压小于器件工作电压，且自加热功耗要小于200mw，此时加载的偏置电压并不高。htrb和h3trb这两项可靠性试验分别检验器件的高温耐压特性和器件耐受高温高湿环境的能力，对igbt器件在高温高湿度下电压耐受能力考验不足，无法完全等效igbt器件的实际使用工况；而且在这两项试验1000小时过程中，只监控被测器件的集射极漏电流，只有在试验结束后才能对被测器件的参数进行复测以评价器件是否通过试验，无法了解失效器件的退化过程和其他参数变化规律。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的无法了解在高温高湿度条件下失效器件的退化过程和其他参数变化规律缺陷，从而提供一种igbt器件测试装置及测试方法。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

第一方面，本发明实施例提供一种igbt器件测试装置，包括：可变温度湿度试验箱、多个测试工位、测试与控制模块、测试电源及多条电源引线，其中，可变温度湿度试验箱，用于控制测试环境温度及湿度；每个测试工位均置于可变温度湿度试验箱内部，每个测试工位用于固定一个igbt，并对igbt进行散热；测试与控制模块，用于对igbt进行周期测试，在每次周期测试中依次对igbt进行高压测试及静态参数测试；测试电源，与igbt的栅极连接，用于输出测试脉冲信号，脉冲信号用于控制igbt的通断状态；多条电源引线，用于将外接电源与igbt连接，并采集igbt的漏电流。

在一实施例中，igbt器件测试装置还包括：多个接线端子，置于可变温度湿度试验箱箱壁的任意一侧，用于将外接电源与电源引线连接；多个测试端子，与对应的igbt的集电极、发射极及栅极连接，用于采集igbt电压及电流；保护开关模块，用于控制外接电源与每个igbt的连接与断开；固定支架，用于固定每个测试工位。

在一实施例中，每个测试工位均包括：待测器件固定板、绝缘层及散热器，其中，待测器件固定板、绝缘层及散热器依次固定于固定支架上，待测器件固定板，用于固定igbt；绝缘层，用于对待测器件固定板与散热器进行绝缘；散热器，用于对igbt进行散热。

在一实施例中，散热器为水冷散热器，水冷散热器与散热器水管连接，散热器水管与外置水冷装置连接。

在一实施例中，测试与控制模块还用于根据每个igbt的集射极电压及漏电流计算每个igbt的壳温，并根据每个igbt的壳温及预设温度阈值，生成每个igbt的温度控制信号。

在一实施例中，igbt器件测试装置还包括：温度控制模块，用于根据每个igbt的温度控制信号，单独控制每个测试工位的水冷散热器的水流速度。

在一实施例中，待测器件固定板竖直固定igbt。

第二方面，本发明实施例提供一种igbt器件测试方法，基于第一方面的igbt器件测试装置对igbt器件进行测试，igbt器件测试方法包括：获取预设测试温度、预设测试相对湿度；控制可变温度湿度试验箱内的温度及湿度达到预设测试温度、预设测试相对湿度后，对igbt进行周期测试；对每个igbt进行周期测试结束后，记录每个igbt周期测试次数，判断每个igbt的周期测试次数是否达到预设测试次数，当igbt的周期测试次数未达到预设测试次数时，返回对igbt进行周期测试的步骤，直到igbt的周期测试次数达到预设测试次数时，测试结束。

在一实施例中，周期测试包括高压测试及静态参数测试，其中，对igbt依次进行高压测试及静态参数测试。

在一实施例中，对每个igbt进行高压测试的过程，包括：闭合每个保护开关模块，控制外接电源对每个igbt持续施加预设高压测试电压；判断对每个igbt进行高压测试的持续时间是否达到预设高压测试时间，当对每个igbt进行高压测试的持续时间达到预设高压测试时间时，断开每个保护开关模块，高压测试结束。

在一实施例中，对每个igbt进行高压测试的过程，还包括：在进行高压测试的过程中，采集并判断每个igbt的漏电流是否超过预设漏电流阈值，当每个igbt的漏电流均未超过预设漏电流阈值时，判断每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值是否超过预设偏差量；当每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值均未超过预设偏差量时，高压测试结束。

在一实施例中，对每个igbt进行高压测试的过程，还包括：当至少一个igbt的漏电流超过预设漏电流阈值时，发出警报信号；当至少一个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值超过预设偏差量时，发出警报信号。

在一实施例中，对每个igbt进行静态参数测试的过程，包括：采集每个igbt的电气量参数，电气量参数包括：饱和压降、阈值电压、集电极漏电流及栅极漏电流；判断每个igbt的电气量参数是否超过对应的预设阈值，当每个igbt的电气量参数均未超过对应的预设阈值时，静态参数测试结束。

在一实施例中，对每个igbt进行静态参数测试的过程，还包括：当至少一个igbt的至少一个电气量参数超过对应的预设阈值时，发出警报信号。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的igbt器件测试装置，利用可变温度湿度试验箱将测试温度保持高温度高湿度环境状态下，对igbt进行高压测试之后，利用测量电源对igbt进行静态参数测试，从而解决了无法了解失效器件的退化过程和其他参数变化规律；温度控制模块控制igbt散热量，从而保证了在测试期间igbt恒温；在进行周期测试期间，测试与控制模块实时采集igbt电压及电流，并判断其是否失效，以保证测试安全进行。

2.本发明提供的igbt器件测试方法，对igbt进行周期性的测试，从而得到准确的igbt高压测试后的退化过程及其他参数变化规律；将高压测试与高温度及高湿度相结合，从而解决了igbt器件在高温高湿度下电压耐受能力考验不足，无法完全等效igbt器件的实际使用工况的问题；在高压测试后，对igbt多种电气量参数进行采集及判断，对于分析igbt的高温高湿高压阻断下的退化特性具有重要指导作用，为提高igbt高温高湿耐压可靠性提供技术支撑。

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为本发明实施例提供的igbt器件测试装置的一个具体示例的组成图；

图2为本发明实施例提供的测试工位的一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例提供的多个测试工位的一个具体示例的示意图；

图4为本发明实施例提供的多个测试工位的主视图；

图5为本发明实施例提供的多个测试工位的俯视图；

图6为本发明实施例提供的测试工位的另一个具体示例的示意图；

图7为本发明实施例提供的igbt器件测试装置的另一个具体示例的组成图；

图8为本发明实施例提供的igbt器件测试装置的另一个具体示例的组成图；

图9为本发明实施例提供的igbt器件测试装置的原理图；

图10为本发明实施例提供的igbt器件测试方法的一个具体示例的流程图；

图11为本发明实施例提供的对igbt进行周期测试的一个具体示例的流程图；

图12为本发明实施例提供的对igbt进行高压测试的一个具体示例的流程图；

图13为本发明实施例提供的对igbt进行静态参数测试的一个具体示例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明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igbt器件测试装置，应用于需要对igbt进行高温高湿高压阻断下的退化特性进行分析的场合，如图1所示，包括：可变温度湿度试验箱1、多个测试工位2、测试与控制模块3、测试电源4及多条电源引线5。

由于现有技术中对于igbt的耐高温高湿度以及耐高压测试是两个独立的测试，同时由于无法对高温高湿度高压阻断下的igbt的退化特性过程及其他参数变化规律进行测试，因此本发明实施例利用可变温度湿度试验箱用于控制测试环境温度及湿度，并且将全部的测试工位均置于可变温度湿度试验箱内部。

本发明实施例的每个测试工位用于固定一个igbt，并对igbt进行散热。如图2所示，测试工位2置于固定支架6上，测试工位2及固定支架6均置于可变温度湿度试验箱1内。如图3所示，多个测试工位利用一个固定支架进行竖直固定，其主视图及俯视图分别如图4及图5所示，本发明实施例可以同时对多种型号及多个igbt同时进行测试。

如图6所示，每个测试工位2均包括：待测器件固定板21、绝缘层22及散热器23，其中，待测器件固定板、绝缘层及散热器依次固定于固定支架上，待测器件固定板，用于固定igbt；绝缘层，用于对待测器件固定板与散热器进行绝缘；散热器，用于对igbt进行散热。其中，待测器件固定板可以为铜基板，绝缘层可以采用氧化铝陶瓷材料。

需要说明的是本发明实施例中的散热器为水冷散热器，水冷散热器与散热器水管连接，散热器水管与外置水冷装置连接，通过控制水流速度可以实现对igbt的散热量的控制。此外，待测器件固定板竖直固定igbt，从而有利于测试中igbt表面凝结水排出。

本发明实施例的测试与控制模块3用于对igbt进行周期测试，在每次周期测试中依次对igbt进行高压测试及静态参数测试。测试与控制模块用于对igbt持续进行高压测试一段时间，且在高压测试期间，测试与控制模块检测每个igbt的漏电流及集射极电压，计算其功耗，从而推断出每个igbt的结温，将结温与预设温度阈值比较，根据比较结果，发出每个igbt的温度控制信号，从而控制水冷散热器的水流速度，保持每个igbt温度恒定。或，本发明实施例可以通过采集每个igbt的壳温，然后将壳温与预设温度阈值比较，根据比较结果，控制每个igbt温度恒定。

本发明实施例为了得到在高压测试后的igbt的退化过程各参数的规律，需要对igbt循环依次进行高压测试及静态参数测试，在预定的测试时间内，对igbt循环进行多次周期测试。

本发明实施例的测试电源4与igbt的栅极连接，用于输出测试脉冲信号，脉冲信号用于控制igbt的通断状态。本发明实施例利用多条电源引线5将外接电源与igbt连接，此外对igbt进行周期测试时，首先对igbt进行高压测试，然后进行静态参数测试，在高压测试期间，利用外接电源向igbt的集电极及发射极施加高压，而在静态参数测试期间，利用测试电源发出脉冲信号至每个igbt，从而实现在高压测试后通过测试每个igbt的静态参数，得到每个igbt的退化过程规律，其中静态参数包括：饱和压降、阈值电压、集电极漏电流、栅极漏电流，因此具体地，在测量igbt饱和压降时，测量电源发出脉冲信号以控制igbt导通，在测量igbt阈值电压时，测量电源输出的脉冲信号的电压从0v增加到igbt导通为止，在测量漏电流时，测量电源输出的脉冲信号为负极性电压，以测量集电极电流及栅极电流。

本发明实施例中电源引线5不仅仅可以将外接电源与igbt连接，同时实现在高压测试期间采集igbt的漏电流，测试与控制模块根据漏电流，判断igbt失效。

本发明实施例提供的igbt器件测试装置，利用可变温度湿度试验箱将测试温度保持高温度高湿度环境状态下，对igbt进行高压测试之后，利用测量电源对igbt进行静态参数测试，从而解决了无法了解失效器件的退化过程和其他参数变化规律。

在一具体实施例中，如图7所示，igbt器件测试装置还包括：多个接线端子7、多个测试端子8。

本发明实施例中，多个接线端子7，置于可变温度湿度试验箱箱壁的任意一侧，用于将外接电源与电源引线连接。多个测试端子8，与对应的igbt的集电极、发射极及栅极连接，用于采集igbt电压及电流，接线端子及测试端子在测试前将进行防水和抗凝露处理。

本发明实施例中，每个测试工位对应两个接线端子及三个测试端子，两个接线端子通过电源引线分别与igbt的集电极及发射极连接，三个测试端子分别与igbt的栅极、集电极及发射极连接，测试与控制模块可以通过测试端子采集每个igbt的电压及电流，然后根据每个igbt的电压及电流判断igbt是否失效。

在一具体实施例中，如图8所示，igbt器件测试装置还包括：保护开关模块9，用于控制外接电源与每个igbt的连接与断开。温度控制模块10，用于根据每个igbt的温度控制信号，单独控制每个测试工位的水冷散热器的水流速度。

由于在对igbt进行高压测试及静态参数测试时，igbt可能会出现击穿等故障，因此为了避免未失效的igbt损坏，本发明实施例在外接电源与接线端子间设置保护开关模块，在进行周期测试前，闭合保护开关模块，在igbt失效时，及时断开保护开关模块。

由于在进行高压测试时，每个igbt的壳温会不同，因此为了保持igbt温度恒定，本发明实施例利用温度控制模块根据测试与控制模块发出的每个igbt的温度控制信号，单独控制每个测试工位的水冷散热器的水流速度。

图9为igbt器件测试原理图，图9中高压直流电源(外接电源)的正极通过保护开关s(保护开关模块)与igbt集电极连接，其负极与igbt发射极连接，测试控制上位机(测试与控制模块)发出驱动信号至igbt，测量电源可以输出相应等级电压以测量igbt静态参数，电流传感器采集漏电流并发送到测试控制上位机，以判断高压测试期间，igbt是否失效，同时测试控制上位机通过温度控制模块、水冷散热器(包括水循环系统及隔离散热器)控制igbt恒温。

本发明实施例提供的igbt器件测试装置，利用可变温度湿度试验箱将测试温度保持高温度高湿度环境状态下，对igbt进行高压测试之后，利用测量电源对igbt进行静态参数测试，从而解决了无法了解失效器件的退化过程和其他参数变化规律；温度控制模块控制igbt散热量，从而保证了在测试期间igbt恒温；在进行周期测试期间，测试与控制模块实时采集igbt电压及电流，并判断其是否失效，以保证测试安全进行。

实施例2

本发明实施例提供一种igbt器件测试方法，基于实施例1的igbt器件测试装置对igbt器件进行测试，如图10所示，igbt器件测试方法包括：

步骤s11：获取预设测试温度、预设测试相对湿度。

步骤s12：控制可变温度湿度试验箱内的温度及湿度达到预设测试温度、预设测试相对湿度后，对igbt进行周期测试。

步骤s13：对每个igbt进行周期测试结束后，记录每个igbt周期测试次数，判断每个igbt的周期测试次数是否达到预设测试次数，当igbt的周期测试次数未达到预设测试次数时，返回对igbt进行周期测试的步骤，直到igbt的周期测试次数达到预设测试次数时，测试结束。

本发明实施例在可变温度湿度试验箱内的温度及湿度达到预设测试温度及预设测试相对湿度后，再对igbt进行周期测试，并记录对igbt进行一次周期测试的次数，直到周期测试次数达到预设测试次数时，测试结束。预设测试次数可以根据实际情况设定，周期测试包括高压测试及静态参数测试，其中，对igbt依次进行高压测试及静态参数测试。

具体地，在高温度及高湿度的测试环境下对igbt进行高压测试，待到高压测试的时间达到预设高压测试时间后，测试及控制模块发出触发信号至igbt，测试电源输出各种电压等级的脉冲信号至igbt，然后对igbt进行静态参数测试，测量高压测试后的igbt的退化过程的参数规律。

具体地，实际测试中，对igbt的高压测试的时间较长，而静态参数测试的时间较短，例如：测试时间可以定为1000小时，根据预设测试时间将1000小时分成n段时间，每段时间均进行一个高压测试及一次静态参数测试，而静态参数时间可能仅仅为一分钟，因此在1000小时的测试时间中，高压测试时间占据很大一部分，但仅以此举例，不以此为限制。

在一具体实施例中，如图11所示，对每个igbt进行高压测试的过程，包括：

步骤s21：闭合每个保护开关模块，控制外接电源对每个igbt持续施加预设高压测试电压。

步骤s22：判断对每个igbt进行高压测试的持续时间是否达到预设高压测试时间，当对每个igbt进行高压测试的持续时间达到预设高压测试时间时，断开每个保护开关模块，高压测试结束。

本发明实施例在进行高压测试之前，首先闭合每个igbt与外接电源之间的保护开关模块，保护开关模块闭合后，外接电源在每个igbt的集电极与发射极之间持续施加预设高压测试电压，直到对每个igbt进行高压测试的持续时间达到预设高压测试时间时，断开每个保护开关模块，高压测试结束。

在一具体实施例中，如图12所示，对每个igbt进行高压测试的过程，还包括：

步骤s31：在进行高压测试的过程中，采集并判断每个igbt的漏电流是否超过预设漏电流阈值，当每个igbt的漏电流均未超过预设漏电流阈值时，判断每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值是否超过预设偏差量。

步骤s32：当每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值均未超过预设偏差量时，高压测试结束。

本发明实施例在整个高压测试期间，测试与控制模块通过电源引线采集每个igbt漏电流，对漏电流进行两次判断，第一次判断每个igbt漏电流是否超过预设漏电流阈值，当每个igbt的漏电流均未超过预设漏电流阈值时，第二次判断每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值是否超过预设偏差量，当每个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值均未超过预设偏差量时，高压测试结束，且每个igbt在高压测试期间均未失效。

若在第一次判断中，存在一个或多个igbt的漏电流超过预设漏电流阈值时，此时存在igbt失效情况，测试与控制模块将发出警报信号，并且终止测试，断开保护开关模块；若在第二次判断中，存在一个或多个igbt的漏电流与预设漏电流阈值的差值超过预设偏差量，此时存在igbt失效情况，测试与控制模块将发出警报信号，并且终止测试，断开保护开关模块。

在一具体实施例中，如图13所示，对每个igbt进行静态参数测试的过程，包括：

步骤s41：采集每个igbt的电气量参数，电气量参数包括：饱和压降、阈值电压、集电极漏电流及栅极漏电流。

步骤s42：判断每个igbt的电气量参数是否超过对应的预设阈值，当每个igbt的电气量参数均未超过对应的预设阈值时，静态参数测试结束。

在完成高压测试后，对igbt进行静态参数测试，利用测试电源发出脉冲信号至每个igbt，从而实现在高压测试后通过测试每个igbt的静态参数，得到每个igbt的退化过程规律，其中静态参数包括：饱和压降、阈值电压、集电极漏电流、栅极漏电流，因此具体地，在测量igbt饱和压降时，测量电源发出脉冲信号以控制igbt导通，在测量igbt阈值电压时，测量电源输出的脉冲信号的电压从0v增加到igbt导通为止，在测量漏电流时，测量电源输出的脉冲信号为负极性电压，以测量集电极电流及栅极电流。

在整个静态参数测试过程中，将每个静态参数与其对应的预设阈值比较，当其至少一个igbt的至少一个电气量参数超过对应的预设阈值时，测试与控制模块发出警报信号，测试停止。当全部的igbt的去不的电气量参数均未超过对应的预设阈值时，则静态参数停止，本次周期测试停止，进行下一次周期测试(当周期测试次数达到预设测试次数时，对igbt的测试停止)。

本发明实施例提供的igbt器件测试方法的具体流程如下所示：首先获取试验温度(预设测试温度)、相对湿度(预设测试相对湿度)、试验电压(预设高压测试电压)、试验时间(需要做预设测试次数的周期测试的时间)、检测次数(预设测试次数)、器件参数测试条件(测试环境温度、湿度等)、失效判据(用于判断igbt是否失效)。然后闭合保护开关模块，在igbt两端施加预设高压测试电压，并实时检测漏电流是否在失效判定值(预设漏电流阈值)以内，当在判定值内时，再次判断漏电流与预设漏电流阈值的差值是否为可接受偏差量，当该差值为可接受偏差量时，则断开保护开关模块，切断直流电源(外接电源)，记录此时的测试环境湿度及温度，并测试igbt多个电气量参数，同时将每个电气量参数与其对应的预设阈值比较，当全部的电气量参数均小于其对应的预设阈值时，则静态参数测试结束，并记录完成周期测试的次数，当周期测试的次数未达到预设测试次数时，进行下一次的周期测试，当周期测试的次数到达预设测试次数时，测试结束。当漏电流超过预设漏电流阈值时，显示错误并报警；当漏电流与预设漏电流阈值的差值为不可接受偏差量时，显示错误并报警。

本发明实施例提供的igbt器件测试方法，对igbt进行周期性的测试，从而得到准确的igbt高压测试后的退化过程及其他参数变化规律；将高压测试与高温度及高湿度相结合，从而解决了igbt器件在高温高湿度下电压耐受能力考验不足，无法完全等效igbt器件的实际使用工况的问题；在高压测试后，对igbt多种电气量参数进行采集及判断，对于分析igbt的高温高湿高压阻断下的退化特性具有重要指导作用，为提高igbt高温高湿耐压可靠性提供技术支撑。

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。而由此所引申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。