一种高温反偏试验装置及方法与流程

本技术涉及功率半导体器件可靠性测试，尤其涉及一种高温反偏试验装置及方法。

背景技术：

1、高温反偏试验是一种测试器件可靠性的实验，通常将多个待测器件并联，例如将绝缘栅双极晶体管(igbt)的c、e极或金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)的d、s极并联，并联后将多个待测器件放置在恒温箱中为实验提供恒定的高温环境，通过直流高压源给待测器件两端施加恒定的阻断电压，并实时采集待测器件在阻断状态下的漏电流来监测待测器件老化状态，在加速老化试验下研究待测器件的可靠性。

2、现有技术中，一般地，依次对待测器件施加电压与温度应力，监测待测器件的漏电流，当漏电流上升至稳定数值时，即可正常进行测试。然而，对于高压大功率器件，高温反偏试验的考核电压较高，待测器件的漏电流较大且受温度影响明显，通常在ma～a量级。较大的漏电流产生不可忽略的功耗及温升，并且当多个待测器件同时进行测试时，总发热功率会达到w～kw级。此外，测试中恒温箱根据其内置传感器所在位置的温度调节输出，而无法精确控制箱内待测器件处的温度。因此，高压大功率器件进行高温反偏试验考核时，器件壳温与箱内传感器处的空气温度之间存在差异。

3、上述情况所导致的结果如图1所示，器件壳温被漏电流加热时，若箱内散热条件不好，器件由自热引起的温升使得器件的漏电流急剧增大，而增大的漏电流又会进一步增大器件的自热功率，从而形成正反馈加速效应，使得器件发生永久性热击穿；若箱内散热条件足够好，器件的自热功率和箱内空气散热功率能够达到平衡，由于器件壳温与箱内传感器处的空气温度之间存在差异，此时器件的温度也不会稳定在恒温箱温度设定值，而是在恒温箱环境温度设定值之上。此后随着器件在测试过程中的老化(漏电流增大)，器件的温度稳定值会上升，而温度上升又会造成漏电流的增加，从而再次形成正反馈，导致器件漏电流很快达到失效标准。而这种漏电流的上升由器件的温升、老化共同作用，无法将老化因素解耦，因此并不能反映器件的老化，也无法实现高温反偏试验的目的。

技术实现思路

1、针对现有技术中的问题，本技术实施例提供一种高温反偏试验装置及方法，能够至少部分地解决现有技术中存在的问题。

2、第一方面，本技术提供一种高温反偏试验装置，包括：

3、主电路连接单元、环境设置单元、电路控制单元及数据采集单元；

4、所述主电路连接单元包括：负载高压源及至少由高压断路器及高精度测量电阻组成的多条测试支路；所述测试支路中设置待测器件；

5、所述数据采集单元，连接所述待测器件，用于采集待测器件的电压信号，并在所述电压信号超过设定阈值后，输出控制指令；

6、所述电路控制单元，连接所述数据采集单元及所述高压断路器，从所述数据采集单元接收所述控制指令，根据所述控制指令向所述高压断路器输出关断信号；

7、所述环境设置单元，连接所述数据采集单元，接收所述数据采集单元基于所述电压信号得到的漏电流信号，根据所述漏电流信号对所述待测器件进行温度调节。

8、进一步地，所述主电路连接单元还包括：三相隔离变压器，设置在所述负载高压源与市电之间，用于隔离接地噪声。

9、进一步地，所述测试支路还包括：熔断器，设置在所述待测器件与所述高压断路器之间，用于当所述高压断路器无法关断时，将对应的待测器件所在的测试支路切断。

10、进一步地，所述测试支路还包括：tvs管，与所述高精度测量电阻并联，用于在所述高精度测量电阻过电压时短路。

11、进一步地，所述数据采集单元包括：

12、a/d采集模块，用于采集所述电压信号并进行模数转换；

13、labview上位机控制模块，用于在所述电压信号超过设定阈值后，向所述电路控制单元输出控制指令。

14、进一步地，所述数据采集单元还包括：

15、vce保护模块，连接所述a/d采集模块，用于对所述a/d采集模块进行保护。

16、进一步地，所述电路控制单元包括：

17、stm32控制处理模块，从所述数据采集单元接收所述控制指令，根据所述控制指令生成关断信号；

18、干簧式继电器模块，连接所述stm32控制处理模块及所述高压断路器，对所述关断信号进行放大后输出至所述高压断路器。

19、进一步地，所述环境设置单元包括：散热板、管道、油温机、油温控制器、plc控制器及温度传感器；

20、所述散热板上设置所述待测器件，并通过所述管道与所述油温机连接，所述油温机利用循环介质调节所述散热板的温度，以调节所述待测器件的壳温；

21、所述plc控制器连接油温控制器及所述温度传感器，根据所述漏电流信号及所述温度传感器采集的待测器件的壳温，输出温度控制信号至所述油温控制器；

22、所述油温控制器用于根据所述温度控制信号控制所述油温机工作。

23、进一步地，所述油温机包括：压缩机、加热器及组态屏；

24、所述压缩机用于冷却所述循环介质，以降低所述待测器件的壳温；

25、所述加热器用于加热所述循环介质，以升高所述待测器件的壳温；

26、所述组态屏用于人机界面交互。

27、第二方面，本技术提供一种高温反偏试验方法，包括：

28、所述数据采集单元采集待测器件的电压信号，并在所述电压信号超过设定阈值后，输出控制指令；

29、所述电路控制单元从所述数据采集单元接收所述控制指令，根据所述控制指令向所述高压断路器输出关断信号；

30、所述环境设置单元接收所述数据采集单元基于所述电压信号得到的漏电流信号，根据所述漏电流信号对所述待测器件进行温度调节。

31、进一步地，当所述高压断路器无法关断时，熔断器将对应的待测器件所在的测试支路切断。

32、进一步地，所述环境设置单元接收所述数据采集单元基于所述电压信号得到的漏电流信号，根据所述漏电流信号对所述待测器件进行温度调节，包括：

33、所述环境设置单元的plc控制器根据所述漏电流信号及所述待测器件的壳温，输出温度控制信号至所述环境设置单元的油温控制器；

34、所述环境设置单元的油温控制器根据所述温度控制信号控制所述环境设置单元的油温机工作。

35、本技术提供的高温反偏试验装置及方法，通过主电路连接单元、环境设置单元、电路控制单元及数据采集单元；主电路连接单元包括：负载高压源及至少由高压断路器及高精度测量电阻组成的多条测试支路；测试支路中设置待测器件；数据采集单元，连接待测器件，用于采集待测器件的电压信号，并在电压信号超过设定阈值后，输出控制指令；电路控制单元，连接数据采集单元及高压断路器，从数据采集单元接收控制指令，根据控制指令向高压断路器输出关断信号；环境设置单元，连接数据采集单元，接收数据采集单元基于电压信号得到的漏电流信号，根据漏电流信号对待测器件进行温度调节，实现了保证高温反偏试验结果的准确性和可靠性。其中，环境设置单元实现了待测器件温度的精确控制，避免了漏电流产生的温升的影响，使高温反偏试验结果更能体现待测器件自身的老化趋势。此外，环境设置单元中采用油温机代替传统恒温箱，降低了温度控制的成本，减小了高温反偏试验装置的占地空间。