IGBT测试设备及测试系统的制作方法

igbt测试设备及测试系统
技术领域
1.本技术涉及微电子测试技术领域，具体而言，涉及一种igbt测试设备及测试系统。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管)，是由bjt(bipolar junction transistor，双极型三极管)和mos(metal oxide semiconductor，绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。此外，igbt还具有驱动功率小而饱和压降低的特点，非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
3.当高压igbt(600v以上)用于直流逆变焊机等领域时，整机负载短路情况下，保护电路需要数十毫秒才能对电路进行保护，关断igbt工作。在负载短路工作状态下，igbt发射极与集电极间流过较大电流(一般超出igtb标称值数倍)，会产生较大的功率损耗，不同设计、工艺的igbt对此异常大电流耐受能力存在较大差别。因此，如何有效的对处于上述工况下的各种不同igbt的可靠性做出更准确判断，是本领域技术急需解决的技术问题。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术的目的在于提供一种igbt测试设备及测试系统，可以实现igbt通态极限电流耐受能力的测试，进而对比不同igbt产品的性能优劣，可对不同品牌、设计、工艺的igbt产品在直流逆变焊机等领域的整机应用工况下的可靠性作出准确的判断。
5.首先，本技术实施例提供的igbt测试设备，包括测试电源提供电路(10)、驱动脉冲信号源(20)、以及电信号测量仪(30)，其中：
6.所述测试电源提供电路(10)的正极输出端与待测igbt(40)的集电极连接、负极输出端与待测igbt(40)的发射极连接，以为所述待测igbt(40)提供设定大电流的直流测试电源信号；
7.所述驱动脉冲信号源(20)与所述待测igbt(40)的栅极连接，为所述待测igbt(40)提供驱动脉冲信号，使待测igbt(40)导通以进行测试；
8.所述电信号测量仪(30)连接在所述待测igbt(40)的集电极和发射极之间，通过对集电极和发射极之间的电信号进行实时测量，并根据测量结果得到所述待测igbt(40)针对所述设定大电流的耐受能力。
9.优选地，所述测试电源提供电路(10)包括输入整流滤波单元(11)、驱动单元(12)、主开关单元(13)以及输出整流滤波单元(14)，所述主开关单元(13)与所述驱动单元(12)和所述输入整流滤波单元(11)连接，所述主开关单元(13)包括第一初级线圈组和第二初级线圈组；
10.所述驱动单元(12)向所述主开关单元(13)发送pwm脉冲信号以选通所述主开关单元(13)的第一初级线圈组或第二初级线圈组，所述输入整流滤波单元(11)将输入的交流电
源信号进行整流滤波后输出到所述主开关单元(13)中选通的第一初级线圈组或第二初级线圈组；
11.所述输出整流滤波单元(14)与所述主开关单元(13)耦合，所述输出整流滤波单元(14)包括次级线圈(l7)，所述次级线圈(l7)根据所述第一初级线圈组或所述第二初级线圈组上的电源信号得到感应电源信号，并将所述感应电源信号转换为直流电源信号后输出至所述待测igbt(40)。
12.优选地，所述主开关单元(13)还包括第一晶体管(q1)、第二晶体管(q2)、第三晶体管(q3)以及第四晶体管(q4)；
13.所述第一初级线圈组包括第一线圈(l3)、第二线圈(l5)，所述第一线圈(l3)的一端与所述输入整流滤波单元(11)的输出端连接、另一端通过所述第一晶体管(q1)与所述驱动单元(12)连接；所述第二线圈(l5)的一端与所述输入整流滤波单元(11)的输出端连接、另一端通过所述第三晶体管(q3)与所述驱动单元(12)连接；
14.所述第二初级线圈组包括第三线圈(l4)、第四线圈(l6)，所述第三线圈(l4)的一端与所述输入整流滤波单元(11)的输出端连接、另一端通过所述第二晶体管(q2)与所述驱动单元(12)连接；所述第四线圈(l6)的一端与所述输入整流滤波单元(11)的输出端连接、另一端通过所述第四晶体管(q4)与所述驱动单元(12)连接；
15.所述第一晶体管(q1)和所述第三晶体管(q3)在驱动单元(12)输出的pwm脉冲信号的作用下导通时，所述第二晶体管(q2)和所述第四晶体管(q4)截止。
16.优选地，所述驱动单元(12)还包括脉冲信号产生芯片(u1)、第五晶体管(q5)、以及第六晶体管(q6)，所述第五晶体管(q5)的集电极与电源电压(vcc)连接、控制极与所述脉冲信号产生芯片(u1)的第一信号输出端连接；所述第六晶体管(q6)的集电极接地、控制极与所述脉冲信号产生芯片(u1)的第一信号输出端连接；所述第五晶体管(q5)和所述第六晶体管(q6)的发射极连接在一起，且两个发射极之间形成与所述第一晶体管(q1)以及所述第三晶体管(q3)的控制极连接的第一信号输出节点，所述第五晶体管(q5)和所述第六晶体管(q6)将所述第一信号输出端输出的pwm脉冲信号进行放大后输出到所述所述第一晶体管(q1)以及所述第三晶体管(q3)的控制极以控制所述第一晶体管(q1)以及所述第三晶体管(q3)导通或截止。
17.优选地，所述驱动单元(12)还包括第七晶体管(q7)以及第八晶体管(q8)，所述第八晶体管(q8)的集电极与电源电压(vcc)连接、控制极与所述脉冲信号产生芯片(u1)的第二信号输出端连接；所述第七晶体管(q7)的集电极接地、控制极与所述脉冲信号产生芯片(u1)的第二信号输出端连接；所述第七晶体管(q7)和所述第八晶体管(q8)的发射极连接在一起，且两个发射极之间形成与所述第二晶体管(q2)以及所述第四晶体管(q4)的控制极连接的第二信号输出节点，所述第七晶体管(q7)和所述第八晶体管(q8)将所述第二信号输出端输出的pwm脉冲信号进行放大后输出到所述所述第二晶体管(q2)以及所述第四晶体管(q4)的控制极以控制所述第二晶体管(q2)以及所述第四晶体管(q4)导通或截止；
18.其中，在同一时刻，所述脉冲信号产生芯片(u1)的第一信号输出端和所述第二信号输出端输出的脉冲信号不同。
19.优选地，所述第一信号输出节点通过串联连接的电容(c9)和电阻(r7)与所述第一晶体管(q1)的控制极连接、并通过串联连接的电容(c10)和电阻(r8)与所述第三晶体管
(q3)的控制极连接；
20.所述第二信号输出节点通过串联连接的电容(c13)和电阻(r14)与所述第二晶体管(q2)的控制极连接、并通过串联连接的电容(c12)和电阻(r17)与所述第四晶体管(q4)的控制极连接。
21.优选地，所述主开关单元(13)还包括：
22.并联连接在所述第一晶体管(q1)的控制极和源极之间的电阻(r9)和二极管(d6)，形成所述电容(c9)的充电通路；
23.并联连接在所述第二晶体管(q2)的控制极和源极之间的电阻(r12)和二极管(d9)，形成所述电容(c13)的充电通路；
24.并联连接在所述第三晶体管(q3)的控制极和源极之间的电阻(r10)和二极管(d7)，形成所述电容(c10)的充电通路；以及
25.并联连接在所述第四晶体管(q4)的控制极和源极之间的电阻(r13)和二极管(d8)，形成所述电容(c12)的充电通路。
26.优选地，所述主开关单元(13)还包括第一峰压吸收二极管(d2)、第二峰压吸收二极管(d3)、第三峰压吸收二极管(d4)、第四峰压吸收二极管(d5)，所述第一峰压吸收二极管(d2)、第二峰压吸收二极管(d3)、第三峰压吸收二极管(d4)、第四峰压吸收二极管(d5)的其中一端分别与所述第一晶体管(q1)、第二晶体管(q2)、第三晶体管(q3)以及第四晶体管(q4)连接，另一端分别连接并联的电阻r5和r6，以分别形成用于对所述第一晶体管(q1)、第二晶体管(q2)、第三晶体管(q3)以及第四晶体管(q4)进行峰压保护的尖峰电压释放通路。
27.优选地，所述输出整流滤波单元(14)还包括第一整流二极管(d10)以及第二整流二极管(d11)，所述第一整流二极管(d10)以及所述第二整流二极管(d11)分别连接在所述次级线圈(l7)的两端，用于将所述次级线圈(l7)的感应电流整流后输出；
28.所述igbt测试设备还包括连接在所述输出整流滤波单元(14)与所述待测igbt(40)之间的恒压恒流反馈单元(15)，以将所述输出整流滤波单元(14)输出的直流电源信号保持恒定地输出到所述待测igbt(40)。
29.此外，本技术提供的测试系统，包括计算机设备以及上述任意一项所述的igbt测试设备，所述计算机设备用于从所述电信号测量仪(30)中读取多个不同的待测igbt(40)的测试信息，并根据所述测试信息生成各所述待测igbt(40)的测试报告，所述测试报告包括各所述待测igbt(40)的大电流耐受能力参数。
30.综上所述，相较于现有技术，本技术提供的igbt测试设备及测试系统，通过测试电源提供电路为待测igbt提供设定大电流的直流测试电源信号，然后通过驱动脉冲信号源为所述待测igbt提供驱动脉冲信号，使待测igbt导通以进行测试，最后由连接在所述待测igbt的集电极和发射极之间的电信号测量仪对所述待测igbt的集电极和发射极之间的电信号进行实时测量，并根据测量结果得到所述待测igbt的针对所述设定大电流的耐受能力。如此，可实现对不同igbt开始导通至穿通损坏的时间，进而实现igbt通态极限电流耐受能力的测试，用于对比不同igbt产品的性能优劣，可对不同品牌、设计、工艺的igbt产品在直流逆变焊机等领域的整机应用工况下的可靠性作出准确的判断。
31.为使本技术的上述目的、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
32.图1是本技术实施例提供的一种igbt测试设备的示意图。
33.图2和图3是本实施例提供的所述igbt测试设备包括的测试电源提供电路的示意图。
34.图4图2中的输入整流滤波单元的放大示意图。
35.图5是图2中的驱动单元12的放大示意图。
36.图6是图2中的所述主开关单元13的放大示意图。
具体实施方式
37.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例只是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
38.因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
39.如图1所示，是本技术实施例提供的一种igbt测试设备的示意图。所述igbt测试设备包括测试电源提供电路10、驱动脉冲信号源20、以及电信号测量仪30。其中，所述测试电源提供电路10的正极输出端与待测igbt 40的集电极连接、负极输出端与待测igbt 40的发射极连接，以为所述待测igbt 10提供设定大电流的直流测试电源信号。本实施例中，所述设定大电流可以根据实际情况而确定，例如，此电流一般可设置为所述待测igbt 40的标称电流的4倍。
40.所述驱动脉冲信号源20与所述待测igbt 40的栅极连接，为所述待测igbt 40提供驱动脉冲信号，使待测igbt 40导通以进行测试。所述电信号测量仪30连接在所述待测igbt 40的集电极和发射极之间，通过对集电极和发射极之间的电信号进行实时测量，并根据测量结果得到所述待测igbt 40针对所述设定大电流的耐受能力。
41.其中，本实施例中，所述电信号测量仪30可以是示波器，例如数字示波器。所述耐受能力可以根据示波器测得的所述待测igbt 40对所述大电流工况下的耐受时间进行表达，例如，当所述待测igbt 40在测试开始后626ms被损坏穿通，示波器可以检测到待测igbt 40的导通时间为626ms，那么所述待测igbt 40的耐受能力可以用626ms进行表达。
42.结合图2和图3所示，图2和图3是本实施例提供的测试电源提供电路10的电路示意图，所述测试电源提供电路包括输入整流滤波单元11、驱动单元12、主开关单元13以及输出整流滤波单元14，所述主开关单元13与所述驱动单元12和所述输入整流滤波单元11连接，所述主开关单元13包括第一初级线圈组和第二初级线圈组。
43.所述驱动单元12向所述主开关单元13发送pwm脉冲信号以选通所述主开关单元13的第一初级线圈组或第二初级线圈组，所述输入整流滤波单元11将输入的交流电源信号进行整流滤波后输出到所述主开关单元13中选通的第一初级线圈组或第二初级线圈组。
44.所述输出整流滤波单元14与所述主开关单元13耦合，所述输出整流滤波单元14包
括次级线圈l7，所述次级线圈l7根据所述第一初级线圈组或所述第二初级线圈组上的电源信号得到感应电源信号，并将所述感应电源信号转换为直流电源信号后输出至所述待测igbt 40。
45.在一种可能的实施方式中，进一步结合图4-图6所示，图4是所述输入整流滤波单元11的放大示意图，图5为所述驱动单元12的放大示意图，图6为所述主开关单元13的放大示意图。
46.其中，所述主开关单元13还包括第一晶体管q1、第二晶体管q2、第三晶体管q3以及第四晶体管q4。
47.所述第一初级线圈组包括第一线圈l3、第二线圈l5，所述第一线圈l3的一端与所述输入整流滤波单元11的输出端连接、另一端通过所述第一晶体管q1与所述驱动单元12连接；所述第二线圈l5的一端与所述输入整流滤波单元11的输出端连接、另一端通过所述第三晶体管q3与所述驱动单元12连接。
48.所述第二初级线圈组包括第三线圈l4、第四线圈l6，所述第三线圈l4的一端与所述输入整流滤波单元11的输出端连接、另一端通过所述第二晶体管q2与所述驱动单元连接；所述第四线圈l6的一端与所述输入整流滤波单元11的输出端连接、另一端通过所述第四晶体管q4与所述驱动单元12连接。
49.所述第一晶体管q1和所述第三晶体管q3在驱动单元12输出的pwm脉冲信号的作用下导通时，所述第二晶体管q2和所述第四晶体管q4截止。如此，可以根据实际的需要，通过所述驱动单元12的驱动信号选择性导通第一初级线圈组或所述第二初级线圈组工作，以避免其中一个初级线圈组长时间持续工作而导致整个电路出现异常或故障，或者可以在其中一个初级线圈组发生故障时，可以选择性导通另一个初级线圈组进行工作。
50.所述驱动单元12还包括脉冲信号产生芯片u1、第五晶体管q5、以及第六晶体管q6，所述第五晶体管q5的集电极与电源电压vcc连接、控制极与所述脉冲信号产生芯片u1的第一信号输出端(如信号输出引脚14，outputa)连接。所述第六晶体管q6的集电极接地、控制极与所述脉冲信号产生芯片u1的第一信号输出端连接。所述第五晶体管q5和所述第六晶体管q6的发射极连接在一起，且两个发射极之间形成与所述第一晶体管q1以及所述第三晶体管q3的控制极连接的第一信号输出节点，所述第五晶体管q5和所述第六晶体管q6将所述第一信号输出端输出的pwm脉冲信号进行放大后输出到所述所述第一晶体管q1以及所述第三晶体管q3的控制极以控制所述第一晶体管q1以及所述第三晶体管q3导通或截止。
51.进一步地，所述驱动单元12还包括第七晶体管q7以及第八晶体管q8，所述第八晶体管q8的集电极与电源电压vcc连接、控制极与所述脉冲信号产生芯片u1的第二信号输出端(如信号输出引脚11，output b)连接。所述第七晶体管q7的集电极接地、控制极与所述脉冲信号产生芯片u1的第二信号输出端连接。所述第七晶体管q7和所述第八晶体管q8的发射极连接在一起，且两个发射极之间形成与所述第二晶体管q2以及所述第四晶体管q4的控制极连接的第二信号输出节点，所述第七晶体管q7和所述第八晶体管q8将所述第二信号输出端输出的pwm脉冲信号进行放大后输出到所述所述第二晶体管q2以及所述第四晶体管q4的控制极以控制所述第二晶体管q2以及所述第四晶体管q4导通或截止。
52.其中，在同一时刻，所述脉冲信号产生芯片u1的第一信号输出端和所述第二信号输出端输出的脉冲信号不同。如此，以控制所述主开关单元13在同一时刻只导通q1和q3或
q2和q4，进而实现对第一初级线圈或所述第二初级线圈组的选通。
53.此外，所述第一信号输出节点通过串联连接的电容c9和电阻r7与所述第一晶体管q1的控制极连接、并通过串联连接的电容c10和电阻r8与所述第三晶体管q3的控制极连接。所述第二信号输出节点通过串联连接的电容c13和电阻r14与所述第二晶体管q2的控制极连接、并通过串联连接的电容c12和电阻r17与所述第四晶体管q4的控制极连接。
54.其中，本实施例中，第一晶体管q1、第二晶体管q2、第三晶体管q3以及第四晶体管q4可以为mos管，在上述内容的基础上，所述主开关单元13还包括并联连接在所述第一晶体管q1的控制极和源极之间的电阻r9和二极管d6，形成所述电容c9的充电通路。
55.所述主开关单元13还包括并联连接在所述第二晶体管q2的控制极和源极之间的电阻r12和二极管d9，形成所述电容c13的充电通路。
56.所述主开关单元13还包括并联连接在所述第三晶体管q3的控制极和源极之间的电阻r10和二极管d7，形成所述电容c10的充电通路。
57.所述主开关单元13还包括并联连接在所述第四晶体管q4的控制极和源极之间的电阻r13和二极管d8，形成所述电容c12的充电通路。本实施例中，d6、d7、d8、d9可以为快恢复二极管，可以起到快速关断mos管的作用。
58.此外，所述主开关单元13还包括第一峰压吸收二极管d2、第二峰压吸收二极管d3、第三峰压吸收二极管d4、第四峰压吸收二极管d5，所述第一峰压吸收二极管d2、第二峰压吸收二极管d3、第三峰压吸收二极管d4、第四峰压吸收二极管d5的其中一端分别与所述第一晶体管q1、第二晶体管q2、第三晶体管q3以及第四晶体管q4连接，另一端分别连接并联的电阻r5和r6，以分别形成用于对所述第一晶体管q1、第二晶体管q2、第三晶体管q3以及第四晶体管q4进行峰压保护的尖峰电压释放通路。
59.进一步地，所述输出整流滤波单元13还包括第一整流二极管d10以及第二整流二极管d11，所述第一整流二极管d10以及所述第二整流二极管d11分别连接在所述次级线圈l7的两端，用于将所述次级线圈l7的感应电流整流后输出。
60.进一步地，再参阅图3所示，本实施例中，所述igbt测试设备还包括连接在所述输出整流滤波单元14与所述待测igbt之间的恒压恒流反馈单元14，用以将所述输出整流滤波单元14输出的直流电源信号保持恒定地输出到所述待测igbt 40。
61.在上述内容的基础上，在使用上述igbt测试设备进行测试时，测试过程如下。首先，将待测igbt 40连接于测试电路中，然后设置测试电源提供电路10的直流输出至所需电压(例如10v以上)和电流(此电流一般设置为igbt标称电流4倍)，然后由驱动脉冲信号源20工作提供igbt栅极驱动信号使待测igbt 40处于导通状态。如此，待测igbt 40会工作于大电流持续导通至烧毁穿通的过程。在此过程中，可以使用电信号测量仪30的电流探头测试待测igbt 40的集电极电流波形，使用高精度低压探头测试集电极与发射极的电压波形，然后对此电压波形进行判断，并对待测igbt40的导通时间进行测量，即可对比不同igbt的导通持续时间，从而对比不同igbt对异常大电流耐受能力。
62.此外，在上述内容基础上，本技术实施例还可以提供一种测试系统，所述测试系统可以包括计算机设备以及上述的igbt测试设备。如此，可以通过所述计算机设备从所述电信号测量仪30中读取多个不同的待测igbt的测试信息，并根据所述测试信息生成各所述待测igbt的测试报告，所述测试报告可以包括各所述待测igbt的大电流耐受能力参数。如此，
方便相关人员根据测试报告选取适于直流逆变焊机等领域的整机应用工况下的可靠类型的igbt进行应用。
63.综上所述，本技术提供的igbt测试设备及测试系统，通过测试电源提供电路为待测igbt提供设定大电流的直流测试电源信号，然后通过驱动脉冲信号源为所述待测igbt提供驱动脉冲信号，使待测igbt导通以进行测试，最后由连接在所述待测igbt的集电极和发射极之间的电信号测量仪对所述待测igbt的集电极和发射极之间的电信号进行实时测量，并根据测量结果得到所述待测igbt针对所述设定大电流的耐受能力。如此，可实现对不同igbt开始导通至穿通损坏的时间，进而实现igbt通态极限电流耐受能力的测试，用于对比不同igbt产品的性能优劣，可对不同品牌、设计、工艺的igbt产品在直流逆变焊机等领域的整机应用工况下的可靠性作出准确的判断。
64.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。