一种功率器件的HTRB可靠性测试装置及方法与流程

一种功率器件的htrb可靠性测试装置及方法
技术领域
1.本发明涉及一种功率器件的htrb可靠性测试装置及方法，属于功率半导体测试技术领域。


背景技术：

2.当前在igbt、frd或mosfet芯片研发、工艺定型及完成封装后，为加快对功率芯片的工艺、设计等性能方面的检验，需要对封装的功率模块进行htrb的可靠性测试。国内外对功率器件的可靠性测试主要是通过国际标准的电路进行考核的，考核方式为：先对功率器件升温，然后再通过电路调节器件两端的电压，当温度和电压达到设定的条件后，令被考核器件处于长期稳态的模式下，然后进行测试。传统的htrb电路是门极和发射极短路，然后把电源加在被测功率器件的集电极和发射极进行测试(frd电源直接加在阴极和阳极之间、mosfet是电源加在器件的漏极和源极之间)，这种测试方法不能从实际应用工况对功率器件进行测试、评估和分析。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了一种功率器件的htrb可靠性测试装置及方法，利用pwm技术对htrb电路中电源进行开关控制，进而达到模拟实际功率器件在高温下的高压的开关可靠性测试，本发明能够模拟功率器件实际工况，提高功率器件htrb可靠性测试的效率和可靠性，缩短功率器件研发周期。
4.为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术手段：
5.第一方面，本发明提出了一种功率器件的htrb可靠性测试装置，包括主测试电路、igbt控制电路和采样保护电路，其中，主测试电路包括被测功率器件、电流表、漏电流检测电阻、第一电压表、第二电压表、第一电容、第二电容、igbt控制开关和电压源，被测功率器件的一端连接电流表的一端，被测功率器件的另一端接地，电流表的另一端连接漏电流检测电阻的一端，漏电流检测电阻的另一端连接igbt控制开关的一端，igbt控制开关的另一端连接电压源的正极，电压源的负极接地，第一电压表并联在漏电流检测电阻上，第二电压表并联在被测功率器件上，第一电容的一端和第二电容的一端分别连接漏电流检测电阻的另一端，第一电容的另一端和第二电容的另一端分别接地；所述采样保护电路的一端连接第一电压表，采样保护电路的另一端连接igbt控制电路的一端，igbt控制电路的另一端连接igbt控制开关。
6.结合第一方面，进一步的，所述采样保护电路包括第一电阻、第一放大器、第二电阻、第三电阻、第二放大器、第四电阻、第五电阻、第三放大器、第六电阻、第七电阻，其中，第一电阻的一端连接主测试电路中的第一电压表，第一电阻的另一端连接第一放大器的同相输入端，第一放大器的反相输入端连接第一放大器的输出端，第一放大器的输出端通过第二电阻连接第二放大器的反相输入端，第二放大器的同相输入端接地，第二放大器的反相输入端通过第三电阻连接第二放大器的输出端，第二放大器的输出端通过第四电阻连接第
三放大器的反相输入端，第三放大器的反相输入端通过第五电阻连接第三放大器的输出端，第三放大器的同相输入端通过第六电阻接地，第三放大器的同相输入端还通过第七电阻连接电压源，第三放大器的输出端连接igbt控制电路。
7.结合第一方面，进一步的，所述igbt控制电路包括依次连接的a/d模数转换器、dsp数字处理器、d/a数模转换器、电平转换电路和驱动电路，a/d模数转换器用于接收采样保护电路采集的电压信号，并将电压信号转换为数字信号，dsp数字处理器用于接收a/d模数转换器输出的数字信号，并根据控制需求输出用于控制igbt控制开关的pwm信号，d/a数模转换器用于将dsp数字处理器输出的pwm信号转换为模拟信号，电平转换电路用于对d/a数模转换器输出的模拟信号进行电平转换，驱动电路用于根据电平转换后的模拟信号生成控制igbt控制开关开通或关断的驱动信号，并将驱动信号输出到igbt控制开关。
8.结合第一方面，进一步的，所述电平转换电路包括第四放大器、第八电阻、第三电容、第九电阻、第一三极管、第二三极管，其中，第四放大器的输入端连接d/a数模转换器的输出端，第四放大器的输出端连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端分别连接第三电容的一端、第一三极管的基极、第二三极管的基极，第三电容的另一端接地，第一三极管的集电极接地，第二三极管的集电极连接电源，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极连接驱动电路，第九电阻并联在第一三极管的基极和集电极之间。
9.第二方面，本发明提出了基于第一方面所述htrb可靠性测试装置的一种功率器件的htrb可靠性测试方法，包括如下步骤：
10.在预设温度下，通过采样保护电路采集与被测功率器件相连的漏电流检测电阻的电压；
11.根据漏电流检测电阻的电压，通过igbt控制电路生成igbt控制驱动信号；
12.根据igbt控制驱动信号控制igbt控制开关开通或关断，并控制igbt控制开关的开关速度；
13.根据igbt控制开关开通或关断情况下被测功率器件的电压、漏电流检测电阻的电压，得到电压对被测功率器件漏电的影响结果。
14.结合第二方面，进一步的，根据漏电流检测电阻的电压，通过igbt控制电路生成igbt控制驱动信号的方法为：
15.根据漏电流检测电阻的电压，通过dsp数字处理器输出pwm信号；
16.对pwm信号进行数模转换和电平转换后，通过驱动电路生成控制igbt控制开关开通或关断的驱动信号。
17.采用以上技术手段后可以获得以下优势：
18.本发明提出了一种功率器件的htrb可靠性测试装置及方法，通过采样保护电路对高温下主测试电路中被测功率器件进行检测，并将采集到的电压信号传输给igbt控制电路，在igbt控制电路中利用dsp数字处理器通过控制算法输出用于控制主测试电路的pwm信号，经过模数转换和电平转换，驱动电路根据pwm信号生成驱动信号，进而控制主测试电路中的igbt控制开关开通或关断，从而达到了电源的pwm控制，进而模拟了高温下被测功率器件的htrb的可靠性测试。
19.本发明利用pwm技术对htrb电路中电源进行开关控制，使被测功率器件两端的电压处于0电压和高电压的模式下，能够模拟实际功率器件在高温、高压下的工况方式，可以
从实际的终端要求层面获取测试数据、进行测试分析，有利于加速评估功率器件的性能，提高测试电路的可靠性，进而能够根据测试结果加快igbt及frd芯片的研发、优化速度。
附图说明
20.图1为本发明实施例中htrb可靠性测试装置的主测试电路的示意图；
21.图2为本发明实施例中htrb可靠性测试装置的采样保护电路的示意图；
22.图3为本发明实施例中htrb可靠性测试装置的igbt控制电路的示意图；
23.图4为本发明实施例中电平转换电路的示意图；
24.图5为本发明一种功率器件的htrb可靠性测试方法的步骤流程图。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明：
26.实施例1：
27.本发明提出了一种功率器件的htrb可靠性测试装置，主要包括主测试电路、igbt控制电路和采样保护电路，主测试电路用于连接被测功率器件，获取被测功率器件的电流、电压，igbt控制电路用于根据被测功率器件电压控制主测试电路中的开关器件，使被测功率器件两端的电压处于0电压和高电压的模式下，采样保护电路用于采集高温下被测功率器件相关电压传输给igbt控制电路。在htrb可靠性测试装置中，可以设置多个主测试电路，多个主测试电路的电压信号通过采样保护电路输入到igbt控制电路中，由igbt控制电路进行多通道控制，同时控制多个主测试电路进行htrb可靠性测试，实现同时测试多个igbt器件的效果。
28.如图1所示，主测试电路包括被测功率器件(igbt2)、电流表(a1)、漏电流检测电阻(r1)、第一电压表(vr)、第二电压表(vp2)、第一电容(c1)、第二电容(c2)、igbt控制开关(igbt3)和电压源(vdc3)，在主测试电路中，被测功率器件的一端连接电流表的一端，被测功率器件的另一端接地，电流表的另一端连接漏电流检测电阻的一端，漏电流检测电阻的另一端连接igbt控制开关的一端，igbt控制开关的另一端连接电压源的正极，电压源的负极接地，第一电压表并联在漏电流检测电阻上，第二电压表并联在被测功率器件上，第一电容的一端和第二电容的一端分别连接漏电流检测电阻的另一端，第一电容的另一端和第二电容的另一端分别接地。
29.采样保护电路的一端连接第一电压表，另一端连接igbt控制电路，如图2所示，采样保护电路包括第一电阻(r4)、第一放大器(u1)、第二电阻(r8)、第三电阻(r10)、第二放大器(u2)、第四电阻(r7)、第五电阻(r12)、第三放大器(u3)、第六电阻(r2)、第七电阻(r3)，其中，第一电阻的一端连接主测试电路中的第一电压表，用于获取漏电流检测电阻的电压，第一电阻的另一端连接第一放大器的同相输入端，第一放大器的反相输入端连接第一放大器的输出端，第一放大器的输出端通过第二电阻连接第二放大器的反相输入端，第二放大器的同相输入端接地，第二放大器的反相输入端通过第三电阻连接第二放大器的输出端，第二放大器的输出端通过第四电阻连接第三放大器的反相输入端，第三放大器的反相输入端通过第五电阻连接第三放大器的输出端，第三放大器的同相输入端通过第六电阻接地，第三放大器的同相输入端还通过第七电阻连接电压源，第三放大器的输出端连接igbt控制电
路。在本发明实施例中，二极管z11的1引脚连接-15v电压，二极管z11的2引脚连接+15v电压，第一放大器u1的8引脚连接+15v电压，第一放大器u1的4引脚连接-15v电压，第三放大器u3的8引脚连接+15v电压，第三放大器u3的4引脚连接-15v电压，二极管z12的2引脚连接+3.3v电压，第一、第二、第三放大器的具体型号为op2177。采样保护电路能够采集漏电流检测电阻的电压，并放大后传输给igbt控制电路，实现电路快速保护功能。
30.igbt控制电路的一端连接采样保护电路，另一端连接igbt控制开关，如图3所示，igbt控制电路包括依次连接的a/d模数转换器、dsp数字处理器、d/a数模转换器、电平转换电路和驱动电路。在本发明中，a/d模数转换器用于接收采样保护电路采集的电压信号，并将电压信号转换为数字信号；dsp数字处理器用于接收a/d模数转换器输出的数字信号，并根据控制需求输出用于控制igbt控制开关的pwm信号；d/a数模转换器用于将dsp数字处理器输出的pwm信号转换为模拟信号；电平转换电路用于对d/a数模转换器输出的模拟信号进行电平转换；驱动电路用于根据电平转换后的模拟信号生成控制igbt控制开关开通或关断的驱动信号，并将驱动信号输出到igbt控制开关。在本发明实施例中，dsp数字处理器的具体型号为f28335，驱动电路采用u3845芯片。
31.如图4所示，电平转换电路包括第四放大器(u29a)、第八电阻(r31)、第三电容(c24)、第九电阻(r109)、第一三极管(q13)、第二三极管(q1)，其中，第四放大器的输入端连接d/a数模转换器的输出端，第四放大器的输出端连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端分别连接第三电容的一端、第一三极管的基极、第二三极管的基极，第三电容的另一端接地，第一三极管的集电极接地，第二三极管的集电极连接电源，第一三极管的发射极和第二三极管的发射极连接驱动电路，第九电阻并联在第一三极管的基极和集电极之间。在本发明实施例中，第四放大器的具体型号为sn74ls07dr，用于把3v信号放大到5v。
32.在本发明实施例中，可以根据被测器件要求更换陪测的igbt模块或单管，设置不同温度，通过实际电路对主测试电路的igbt控制开关进行更换等等。
33.本发明装置通过采样保护电路对高温下被测功率器件进行检测，检测结果通过模数转换芯片进入到控制芯片，然后通过控制算法从控制芯片的输出端输出pwm波形型号，再经过数模转换和电平转换，进入驱动电路的输入端，最后通过驱动电路输出的驱动信号控制主测试电路中的igbt控制开关(igbt期间)的开和关，进而控制被测功率器件因过流或者模拟实际的工作电压的pwm电压考核。本发明装置可以在不同的温度下对不同电压、不同封装的功率器件进行高温反偏的可靠性测试，使功率器件达到真正的动态可靠性考核的目的。
34.实施例2：
35.基于实施例1中的htrb可靠性测试装置，本发明还提出了一种功率器件的htrb可靠性测试方法，如图5所示，包括如下步骤：
36.步骤a、在预设温度下，通过采样保护电路采集与被测功率器件相连的漏电流检测电阻的电压。
37.步骤b、根据漏电流检测电阻的电压，通过igbt控制电路生成igbt控制驱动信号。具体的：根据漏电流检测电阻的电压，通过dsp数字处理器输出pwm信号；对pwm信号进行数模转换和电平转换后，通过驱动电路生成控制igbt控制开关开通或关断的驱动信号。
38.步骤c、根据igbt控制驱动信号控制igbt控制开关开通或关断，并控制igbt控制开
关的开关速度。
39.步骤d、根据igbt控制开关开通或关断情况下被测功率器件的电压、漏电流检测电阻的电压，得到电压对被测功率器件漏电的影响结果。
40.本发明方法可以通过采集多个被测功率器件的相关电压，通过igbt控制电路控制多个通道的htrb测试，根据采样电压大小对单个电路的功率器件进行控制开通和关断，根据改变驱动条件控制主电路开关器件的开关速度，进而观察和分析电压对被测功率器件漏电的影响，利用本发明方法进行htrb测试可以有效提高芯片研发的效率。
41.本发明利用pwm技术对htrb电路中电源进行开关控制，使被测功率器件两端的电压处于0电压和高电压的模式下，能够模拟实际功率器件在高温、高压下的工况方式，可以从实际的终端要求层面获取测试数据、进行测试分析，有利于加速评估功率器件的性能，提高测试电路的可靠性，进而能够根据测试结果加快igbt及frd芯片的研发、优化速度。与现有技术相比，本发明对功率器件的工艺、设计及实际应用具有非常大的意义，同时，本发明也加快验证芯片参数进而优化器件参数，又缩短了研发应用的周期。
42.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。