一种IGBT功率循环试验方法及其试验电路与流程

一种igbt功率循环试验方法及其试验电路
技术领域
1.本发明属于半导体器件测试领域，进一步来说涉及igbt器件测试领域，具体来说，涉及一种igbt功率循环试验方法及其试验电路。


背景技术：

2.igbt功率循环试验是一种能快速验证igbt使用寿命的试验，是通过让芯片间歇的流过较大的加热电流，使得芯片温度波动，从而验证芯片承受电应力和热应力的能力，通过该试验可以加速验证igbt寿命。功率循环的周期一般分为秒级和分钟级，秒级的周期在十秒以内，分种级的周期在十分种以内。为了保证igbt功率循环过程中，每次循环承受的应力一致，还有循环过程中芯片结温不超过能承受的最高结温，需要对芯片的最低结温和最高结温进行控制，要控制结温就得对结温进行测量。
3.igbt结温的测试是利用vce压降与结温成线性关系，通过测量vce压降，对结压降进行换算，从而实现对结温的间接测量。现有技术中，是采用恒流源提供恒定电流，对igbt进行加热，在加热的同时进行vce压降的测量，通过对恒流源进行关断与开通，实现igbt的功率循环试验。存在是问题是，功率循环过程中加热用的电流会有几十安到几千安，由于该电流较大，及不能快速切换恒流源的关断与开通，造成结温的变化较大，不能准确测量结压降，从而使结温测量的准确性较差。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：解决现有技术中结温测量的准确性较差的问题。
6.本发明的发明构思是：采用双电流源（i1、i2）对igbt功率循环试验中的结温进行测量。其中电流源i1提供恒定电流ic1作为加热电流，对igbt进行加热；电流源i2提供恒定电流ic2作为测量电流，对igbt的结电压vce进行测量。加热电流ic1的电流为安培级（通常为10安培-10000安培，典型值为50安培-5000安培），使igbt发热，形成igbt的工作环境温度，测量电流ic2为毫安级（通常为1毫安-800毫安，典型值为5毫安-500毫安），ic2对igbt的发热不产生影响。在测量结温前对结温与vce压降关系进行标定（即拟合形成结温与vce压降的关系曲线），标定过程为用一个较小的ic2电流在不同的环境温度下测量vce压降，此过程默认ic2电流对结温不产生影响，那结温就为工作环境的温度。在igbt功率循环试验过程中测量结压降时用的ic2电流要和标定时的ic2电流大小一致。在加热结束瞬间，igbt的结温为该电热电流下的最高结温，为保证最高结温的测量准确性，当加热电流ic1断开的瞬间快速加载测量电流ic2，即快速进行大电流与小电流的切换。
7.为此，本发明提供一种igbt功率循环试验方法，包括如下步骤：1、在igbt功率循试验前使igbt处于打开状态，电流源i1设置到要求的加热电流ic1，电流源i2设置到要求的测量电流ic2，电流源i1断开，电流源一直加载到被试验igbt上，测量igbt的c极与e极间
的电压，并记录。
8.2、igbt功率循试验加热阶段将电流源i1的加热电流ic1加载到被试验igbt上，对igbt进行加热；当达到设定的加热时长时，断开电流源i1的加热电流，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最高结温。
9.3、igbt功率循试验冷却阶段当达到设定的冷却时长时，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最低结温。
10.一种实现所述igbt功率循环试验方法的试验电路，如图1所示，包括：电流源i1、电流源i2、电压源v1、开关器件s1、二级管d1、二级管d2、二级管d3、待测器件igbt。
11.电流源i1的负端、电流源i2的负端、电压源v1的负端、开关器件s1的负端、二级管d3的阳极、待测器件igbt的发射极（e极）接地。
12.电流源i1的正端、开关器件s1的正端、二级管d1的阳极连接。
13.电流源i2的正端与二级管d2的阳极连接。
14.二级管d1的阴极、二级管d2的阴极、二级管d3的阴极、待测器件igbt集电极（c极）连接。
15.电压源v1的正端与待测器件igbt的栅极（g极）连接。
16.本发明的有益效果在于：（1）采用加热电流与测量电流对igbt功率循环试验中的结温进行测量，加热电流远远大于测量电流，加热电流产生工作环境温度，测量电流几乎不产生热量，对igbt的发热不产生影响，结温就为工作环境的温度，结温测量准确性高。
17.（2）当加热电流ic1断开的瞬间就能快速加载测量电流，实现大电流（加热电流）与小电流（测量电流）的无缝切换，确保最高结温测量的准确性和可行性。
18.（3）在igbt功率循环过程中实现加热电流ic1的快速关断，只需要控制开关s1即可实现,不用关停电流源i1。
19.（4）不需要庞大、复杂昂贵的加热控制系统，功率循环试验成本低，方便、可靠。
20.（5）功率循环试验质量一致性好、可靠性高、批量化及规模化强。
21.本发明技术方案可广泛应用于功率器件的功率循环试验中。
附图说明
22.图1为发明试验电路原理结构示意图。
23.图中：i1为加热电流电流源，i2为测试电流电流源，v1为电压源，s1为开关器件，d1、d2、d3为二级管，q3为待测器件igbt。
实施方式
24.所述一种igbt功率循环试验方法及其试验电路的具体实施方式如下：如图1所示，q3为被试验的igbt模块。电流源i1为提供加热电流ic1的恒流源。开关s1可以是机械开关器件或电子开关器件，作用是改变电流源i1的电流流向；二极管d1作用是阻止测量电流ic2流入电流源i1，二极管d2作用是阻止加热电流ic1流入电流源i2，二极
管d3起续流作用，ic1关断时能快速泄放回路中寄生电感储存的电能。电压源v1作用是控制被试验igbt模块的开通与关闭。电流源i2为提供测量电流ic2的恒流源。
25.所述机械开关器件为手动机械开关器件或电控机械开关器件。
26.所述电子开关器件为mosfet、igbt三极管或程控电子开关器件。
27.所述电流源i1和电流源i2为可调恒流源。
28.所述电压源v1为可调直流电压源。
29.在igbt功率循试验前：电压源v1的电压设置到igbt要求的开启电压，电压源v1并处于开启状态，使igbt处于打开状态。开关s1处于闭合状态，电流源i1设置到要求的加热电流ic1，电流源i1并处于开启状态，此时电流源i1的电流通过开关s1回到电流源i1。电流源i2设置到要求的测量电流ic2，电流源i2并处于开启状态，该电流通过二极管d2一直加载到被试验igbt上。测量igbt的c极与e极间的电压，并记录。
30.igbt功率循试验加热阶段：断开开关s1。电流源i1的加热电流通过二极管d1加载到被试验igbt上，最后回到电流源i1，实现igbt加热。当达到加热时长要求，闭合开关s1，电流源i1的加热电流通过开关s1回到电流源。当开关s1闭合后，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最高结温。
31.igbt功率循试验冷却阶段：当达到冷却时长要求，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最低结温。
32.在igbt功率循环过程中实现加热电流ic1的快速关断，只需要控制开关s1即可实现,不用关停电流源i1。
33.实现加热ic1电流与测量ic2电流的快速切换，从而提高结温测量的准确性。
34.最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种igbt功率循环试验方法，其特征在于：采用加热电流电流源i1、测量电流电流源i2对igbt的结温进行测量；所述电流源i1提供恒定电流ic1作为加热电流，对igbt进行加热；所述电流源i2提供恒定电流ic2作为测量电流，对igbt的结电压vce进行测量；加热电流电流源i1通过开关器件对igbt进行加热，测量电流电流源i2产生的测量电流ic2一直加载在igbt的ce结通路中；所述加热电流ic1的电流为10安培-10000安培，测量电流ic2为1毫安-800毫安；在测量结温前，对结温与vce压降关系进行标定，标定过程为用设定的ic2电流在不同的环境温度下测量vce压降，与vce压降对应的结温即为igbt的工作环境的温度；在igbt功率循环试验过程中测量结压降时，所述ic2电流和标定时的ic2电流大小一致；在设定的加热时长结束瞬间，测量igbt的vce压降，与vce压降对应的结温即为设定加热电流下的最高结温。2.如权利要求1所述的一种igbt功率循环试验方法，其特征在于：所述加热电流ic1的电流为50安培-5000安培，测量电流ic2为5毫安-500毫安。3.如权利要求1所述的一种igbt功率循环试验方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）在igbt功率循试验前使igbt处于打开状态，电流源i1设置到要求的加热电流ic1，电流源i2设置到要求的测量电流ic2，电流源i1断开，电流源一直加载到被试验igbt上，测量igbt的c极与e极间的电压，并记录；（2）igbt功率循试验加热阶段将电流源i1的加热电流ic1加载到被试验igbt上，对igbt进行加热；当达到设定的加热时长时，断开电流源i1的加热电流，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最高结温；（3）igbt功率循试验冷却阶段当达到设定的冷却时长时，立即测量igbt的c极与e极间的电压，并记录，通过该值就可以换算出最低结温。4.如权利要求1所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：包括电流源i1、电流源i2、电压源v1、开关器件s1、二级管d1、二级管d2、二级管d3、待测器件igbt；所述电流源i1的负端、电流源i2的负端、电压源v1的负端、开关器件s1的负端、二级管d3的阳极、待测器件igbt的e极接地；所述电流源i1的正端、开关器件s1的正端、二级管d1的阳极连接；所述电流源i2的正端与二级管d2的阳极连接；所述二级管d1的阴极、二级管d2的阴极、二级管d3的阴极、待测器件igbt的c极连接；所述电压源v1的正端与待测器件igbt的g极连接。5.如权利要求4所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述开关器件s1为机械开关器件或电子开关器件。6.如权利要求5所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述机械
开关器件为电控机械开关器件。7.如权利要求5所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述电子开关器件为程控电子开关器件。8.如权利要求5所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述电子开关器件为mosfet、igbt或三极管。9.如权利要求4所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述电流源i1和电流源i2为可调恒流源。10.如权利要求4所述的一种igbt功率循环试验方法的试验电路，其特征在于：所述电压源v1为可调直流电压源。

技术总结
一种IGBT功率循环试验方法及其试验电路，属于半导体器件测试领域。采用电流源I1提供恒定电流IC1作为加热电流对IGBT进行加热，采用电流源I2提供恒定电流IC2作为测量电流对IGBT的结电压VCE进行测量；电流源I1通过开关器件对IGBT进行加热，电流源I2产生的测量电流Ic2一直加载在IGBT的CE结通路中。在测量结温前，对结温与VCE压降关系进行标定，与VCE压降对应的结温即为IGBT的工作环境的温度；在设定的加热时长结束瞬间，测量IGBT的VCE压降，与VCE压降对应的结温即为设定加热电流下的最高结温。解决了现有技术中结温测量准确性较差的问题。可广泛应用于功率器件的功率循环试验中。可广泛应用于功率器件的功率循环试验中。可广泛应用于功率器件的功率循环试验中。


技术研发人员：廖从勇 黄河源 林闽 付立荣
受保护的技术使用者：中国振华集团永光电子有限公司（国营第八七三厂）
技术研发日：2023.08.21
技术公布日：2023/10/15