專利名稱：一種功率模塊測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于功率半導(dǎo)體領(lǐng)域的功率模塊測試裝置，尤其是一種應(yīng) 用于IGBT功率模塊性能參數(shù)測試的斬波測試裝置，該裝置也可用于功率半導(dǎo)體領(lǐng)域其他 類似功率模塊性能參數(shù)的測試。
背景技術(shù)：
目前變流產(chǎn)品模塊種類多，測試方法多樣，傳統(tǒng)的測試方法采用持續(xù)斬波試驗(yàn)方 法來對功率器件進(jìn)行測試，此方法采用電阻負(fù)載，斬波試驗(yàn)過程中，電源需要持續(xù)給支撐電 容充電，通過控制單元持續(xù)給被測開關(guān)器件的驅(qū)動電路提供連續(xù)脈沖信號，以此來驅(qū)動開 關(guān)器件導(dǎo)通關(guān)斷，從而檢測開關(guān)器件截止電壓與導(dǎo)通電流等一系列關(guān)鍵性能指標(biāo)。此方法 需要持續(xù)供電，故所需電源容量較大，采購電源的成本較高?？刂茊卧峁┑拿}沖為連續(xù)固 定脈寬，無法進(jìn)行調(diào)節(jié)，可兼容性差，且電阻負(fù)載由于無儲能功能。這樣造成產(chǎn)品的測試速 度慢，測試效率不高，在大批量生產(chǎn)中，無法符合速度快低成本的要求，而且此類測試方法 沒有對開關(guān)器件續(xù)流二極管的續(xù)流能力進(jìn)行考核，對開關(guān)器件的過流能力以及過流保護(hù)功 能缺乏考核。以往的 IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)功率 模塊使用的持續(xù)斬波試驗(yàn)裝置具有一定的局限性，如沒有對開關(guān)器件續(xù)流二極管的續(xù)流能 力進(jìn)行考核，對開關(guān)器件的過流能力以及過流保護(hù)功能也缺乏考核。此外由于該測試裝置 需要長時間占用測試臺電源負(fù)載，降低了試驗(yàn)效率，而且所需電源功率較大，負(fù)載電阻不方 便調(diào)節(jié)等缺點(diǎn)。造成試驗(yàn)場地靈活性差，且試驗(yàn)成本費(fèi)用較高。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于針對現(xiàn)有功率模塊測試裝置和測試方法考核器件性能不 全面、測試成本高、靈活性差等缺點(diǎn)，提供一種測試覆蓋率高、測試成本低和靈活性高的功 率模塊測試裝置。按照本實(shí)用新型，上述技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)的一種功率模塊測試裝置，包括示波器，萬用表，電流探頭，電感，脈沖發(fā)生器，驅(qū)動 模塊，高壓電源，低壓電源，低壓電源為脈沖發(fā)生器和驅(qū)動模塊提供電源，高壓電源為被試 的IGBT功率模塊中的電容充電，示波器對IGBT功率模塊的電壓，電流波形進(jìn)行采集，電感 通過電流探頭連接于IGBT功率模塊的C極(集電極)和E極(發(fā)射極)之間，電流波形通 過電流探頭傳送到示波器上，萬用表對IGBT功率模塊的輸入電壓進(jìn)行監(jiān)測。作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，脈沖發(fā)生器進(jìn)一步包括脈沖形成電路，電源電路和復(fù)位 電路，電源電路為反饋電路和脈沖形成電路提供電源，復(fù)位電路為反饋電路和脈沖形成電 路中的觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù)位。作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，脈沖發(fā)生器進(jìn)一步包括反饋電路，反饋電路與脈沖形成 電路相連，當(dāng)IGBT功率模塊出現(xiàn)異常，發(fā)出封鎖脈沖信號，封鎖脈沖信號關(guān)斷IGBT功率模塊中的功率元件。作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，封鎖脈沖信號經(jīng)過光電耦合器隔離，送入D觸發(fā)器產(chǎn)生 一高電平信號來封鎖脈沖信號的形成。作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，脈沖發(fā)生器進(jìn)一步包括D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，脈沖 發(fā)生器手動給D觸發(fā)器一脈沖信號，D觸發(fā)器產(chǎn)生的一個低脈沖信號再給雙可重觸發(fā)的單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖波形。作為進(jìn)一步的實(shí)施方式，復(fù)位電路進(jìn)一步包括上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路，上 電復(fù)位電路對D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù)位，手動復(fù)位電路為D觸發(fā)器進(jìn)行清零 復(fù)位，做好產(chǎn)生下一脈沖的準(zhǔn)備。通過應(yīng)用此種實(shí)施方式所描述的裝置和方法，能夠大大降低所需供電電源的容 量，節(jié)約成本，提高了測試過程中對器件性能考察的全面性?？蛇m用于不同型號的功率器 件，電感負(fù)載自制，可降低測試成本，靈活性更高。

圖1為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置的結(jié)構(gòu)組成框圖；圖2為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器電源電路部分 的電路原理圖；圖3為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器上電復(fù)位電路 部分的電路原理圖；圖4為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器手動復(fù)位電路 部分的電路原理圖；圖5為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器脈沖形成電路 電路部分的電路原理圖；圖6為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器反饋電路部分 的電路原理圖；圖7為本實(shí)用新型一種實(shí)施方式的功率模塊測試裝置脈沖發(fā)生器部分的結(jié)構(gòu)組 成框圖；其中=I-IGBT功率模塊，2-示波器，3-萬用表，4-電流探頭，5-電感，6-脈沖發(fā) 生器，7-驅(qū)動模塊，8-高壓電源，9-電容，10-低壓電源，11-反饋電路，12-脈沖形成電路， 13-電源電路，14-復(fù)位電路，IGBTl-上管功率器件，IGBT2-下管功率器件，IC3-D觸發(fā)器， IC4、IC5-單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，PC2-光電耦合器。
具體實(shí)施方式
附圖給出了本實(shí)用新型的具體實(shí)施例，下面將通過附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作 進(jìn)一步的描述。作為該功率模塊測試裝置一種較佳的實(shí)施方式，如圖1所示的功率模塊測試裝置 包括示波器2，萬用表3，電流探頭4，電感5，脈沖發(fā)生器6，驅(qū)動模塊7，高壓電源8， 低壓電源10，脈沖發(fā)生器6產(chǎn)生寬度可變的脈沖，經(jīng)過驅(qū)動模塊7放大控制功率開關(guān)器件IGBT的通斷，以控制IGBT功率模塊1輸出電壓和電流，以達(dá)到考核功率器件性能的目的。 低壓電源10給脈沖發(fā)生器6提供5V電源，為驅(qū)動模塊7提供5V、士 15V電源。高壓電源8 用于給被試的IGBT功率模塊1的電容9充電。電感5通過電流探頭4串聯(lián)連接于IGBT功 率模塊1的C極和E極之間。示波器2對IGBT功率模塊1的電壓、電流波形進(jìn)行采集，電 流波形通過電流探頭4傳送到示波器2上。萬用表3對IGBT功率模塊1的輸入電壓進(jìn)行 監(jiān)測。負(fù)載電感5的大小應(yīng)根據(jù)考核功率器件的性能參數(shù)進(jìn)行選擇。如圖1中所示的被試IGBT功率模塊1包括IGBTl和IGBT2，即上管功率器件和下管 功率器件。它通過脈沖發(fā)生器6將控制信號轉(zhuǎn)變?yōu)閷挾瓤勺兊拿}沖，且用此脈沖控制IGBT 功率模塊1中的功率開關(guān)元件的通斷，以控制模塊輸出電壓和電流，以達(dá)到考核功率器件 性能的目的。所有臺式儀器都采用精度等級，穩(wěn)定性非常高的儀器，最大程度上保證整個裝 置的可靠性和精度。如圖2至圖7所示，下面對功率模塊測試裝置的脈沖發(fā)生器6進(jìn)行詳細(xì)介紹。如 圖7所示的脈沖發(fā)生器部分結(jié)構(gòu)組成框圖，脈沖發(fā)生器6包括反饋電路11，脈沖形成電路 12，電源電路13和復(fù)位電路14。其中如圖2脈沖發(fā)生器電源電路部分的電路原理圖所示，電源電路13包括兩個電源模 塊，即5V電源模塊和15V電源模塊。由交流220v/50HZ為兩電源模塊提供輸入，一個電源 模塊輸出5V/1A直流電壓，為芯片提供工作電源；另一模塊輸出15V/1A直流電壓，為波形輸 出轉(zhuǎn)化成所需的工作電壓。如圖3和圖4脈沖發(fā)生器復(fù)位電路部分的電路原理圖所示，脈沖發(fā)生器6的復(fù)位 電路14包括上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路，復(fù)位電路主要完成電路的清零復(fù)位。如圖3所 示的上電復(fù)位電路主要是對IC3D觸發(fā)器(74LS74)和IC4、IC5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(74LS123)進(jìn) 行清零復(fù)位。如圖4所示的手動復(fù)位電路主要為IC3D觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù)位，做好產(chǎn)生下一 脈沖的準(zhǔn)備。如圖5脈沖發(fā)生器的脈沖形成電路部分的電路原理圖所示，脈沖發(fā)生器6是由手 動給IC3D觸發(fā)器CLK(3)端一脈沖信號，產(chǎn)生的一個低脈沖信號再給IC4雙可重觸發(fā)的單 穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(74LS123)產(chǎn)生所需脈沖波形。該雙可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器基本原理是利用 電阻、電容的充放電延時特性對充放電電壓檢測的功能，實(shí)現(xiàn)定時或延時，只需按需要靈活改變電阻、電容值大小，就可以取得在一定時間范圍的定時或延時脈沖輸出。雙 可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)74LS123的邏輯符號及功能表如下，其RC COM(7，15)和CTC端(6，14) 接定時的電阻和電容，即決定觸發(fā)后Q端產(chǎn)生的單脈沖寬度。CLR(3，11)是低電平復(fù)零， 不作復(fù)零時為高電平。TRA(1，9)是下降沿觸發(fā)輸入端，通過A用負(fù)脈沖觸發(fā)，不用時保持 高電平。TRB(2，10)是上升沿觸發(fā)輸入端，通過B用正脈沖觸發(fā)，不用時置低。Q(5，13)與 Qbar(4,12)分別輸出正負(fù)定時或延時單脈沖。 如圖6脈沖發(fā)生器反饋電路部分的電路原理圖所示，當(dāng)IGBT功率模塊1出現(xiàn)異 常，發(fā)出FO信號時，經(jīng)過光耦PC2隔離，送入D觸發(fā)器IC3產(chǎn)生一高電平信號來封鎖脈沖信 號的形成。作為該功率模塊測試方法一種較佳的實(shí)施方式，本實(shí)用新型利用充電后電容內(nèi)的 電量進(jìn)行斬波試驗(yàn)，大大降低所需供電電源的容量，節(jié)約了測試裝置的成本，電感負(fù)載自 制，可降低測試成本，靈活性更高，電感量可根據(jù)公式L = VXt/希望電流值進(jìn)行計(jì)算(其 中t為功率器件導(dǎo)通時間，V為切換時的負(fù)荷電壓)。利用電感負(fù)載對變化電流具有阻礙作 用的特性對二極管的續(xù)流能力進(jìn)行了考核，提高了測試覆蓋率。本實(shí)用新型所述的功率模塊測試裝置操作方法包括以下步驟1、根據(jù)圖1功率模塊測試裝置的結(jié)構(gòu)組成框圖，將高壓電源8、被試IGBT功率模 塊1、示波器2、萬用表3、電流探頭4、電感5、驅(qū)動模塊7、脈沖發(fā)生器6、低壓電源10進(jìn)行連 接；2、考核IGBTl，負(fù)載電感5采用⑶方式連接N點(diǎn)，考核IGBT2，負(fù)載電感5采用 (A)方式連接P點(diǎn)；3、通過低壓電源10為脈沖發(fā)生器6提供5V電源，為驅(qū)動模塊7提供5V和士 15V 電源；4、通過高壓電源8為被試IGBT功率模塊1中的電容9充電，并用萬用表3進(jìn)行監(jiān) 測，充到一定電壓值后，斷開高壓電源8的輸出；5、通過脈沖發(fā)生器6產(chǎn)生脈沖，經(jīng)過驅(qū)動模塊7放大控制被試IGBT功率模塊1中 的功率開關(guān)器件IGBTl和IGBT2的通斷，通過示波器2對被試IGBT功率模塊的電壓、電流 波形進(jìn)行采集；6、根據(jù)示波器2采集到的被試IGBT功率模塊1的電壓、電流波形進(jìn)行分析，以確 認(rèn)IGBT功率模塊是否滿足器件技術(shù)參數(shù)要求。本實(shí)用新型首先根據(jù)考核IGBT功率模塊的額定工作電壓、電流等技術(shù)參數(shù)，確定 負(fù)載電感值和控制信號的脈寬值。脈沖發(fā)生器通過調(diào)節(jié)脈寬滿足不同功率器件技術(shù)參數(shù)要 求，相對于固定的脈寬發(fā)生器具備靈活的特點(diǎn)。脈沖信號發(fā)生器由簡單的硬件電路實(shí)現(xiàn)，相 對于信號發(fā)生器又具備成本低，維護(hù)簡單的特點(diǎn)?？刂菩盘柕拿}寬通過調(diào)節(jié)脈沖發(fā)生器的 電位器進(jìn)行設(shè)定，脈沖發(fā)生器是功率器件的門極提供所需控制信號的設(shè)備。為驗(yàn)證變流產(chǎn) 品模塊上功率器件開關(guān)性能，需分別對同一橋臂上的上、下管功率器件的門極提供兩個不 同脈沖寬度(可調(diào))的脈沖，測量并記錄上管(下管)功率器件第一個脈沖關(guān)斷時C極(集 電極)與E(發(fā)射極)極間Δ VDM、VDl的電壓值和第二個脈沖打開時下管(上管)功率器
6件C極與E極間VRS、VD2的電壓值。VDM 關(guān)斷尖峰電壓；VDl 關(guān)斷電壓；VRS 反向恢復(fù)峰 值電壓；VD2 反向恢復(fù)電壓。 雖然結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以在 所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)作出各種變形或修改。
權(quán)利要求一種功率模塊測試裝置，其特征在于包括示波器(2)，萬用表(3)，電流探頭(4)，電感(5)，脈沖發(fā)生器(6)，驅(qū)動模塊(7)，高壓電源(8)，低壓電源(10)，低壓電源(10)為脈沖發(fā)生器(6)和驅(qū)動模塊(7)提供電源，高壓電源(8)為被試的IGBT功率模塊(1)的電容(9)充電，示波器(2)對IGBT功率模塊(1)的電壓和電流波形進(jìn)行采集，電感(5)通過電流探頭(4)連接于IGBT功率模塊(1)的C極和E極之間，電流波形通過電流探頭(4)傳送到示波器(2)上，萬用表(3)對IGBT功率模塊(1)的輸入電壓進(jìn)行監(jiān)測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功率模塊測試裝置，其特征在于所述脈沖發(fā)生器(6) 包括脈沖形成電路(12)，電源電路(13)和復(fù)位電路(14)，電源電路(13)為反饋電路(11) 和脈沖形成電路(12)提供電源，復(fù)位電路(14)為反饋電路(11)和脈沖形成電路(12)中 的觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù)位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種功率模塊測試裝置，其特征在于所述脈沖發(fā)生器(6) 包括反饋電路(11)，反饋電路(11)與脈沖形成電路(12)相連，當(dāng)IGBT功率模塊(1)出現(xiàn) 異常，發(fā)出封鎖脈沖信號，封鎖脈沖信號關(guān)斷IGBT功率模塊(1)中的功率元件。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種功率模塊測試裝置，其特征在于所述封鎖脈沖信號經(jīng) 過光電耦合器(PC2)隔離，送入D觸發(fā)器(IC3)產(chǎn)生一高電平信號來封鎖脈沖信號的形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3或4所述的一種功率模塊測試裝置，其特征在于所述脈沖發(fā) 生器(6)包括D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，脈沖發(fā)生器(6)手動給D觸發(fā)器一脈沖信號，D觸 發(fā)器產(chǎn)生的一個低脈沖信號再給雙可重觸發(fā)的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖波形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種功率模塊測試裝置，其特征在于所述復(fù)位電路(14) 包括上電復(fù)位電路和手動復(fù)位電路，上電復(fù)位電路對D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù) 位，手動復(fù)位電路為D觸發(fā)器進(jìn)行清零復(fù)位，做好產(chǎn)生下一脈沖的準(zhǔn)備。
專利摘要一種功率模塊測試裝置，包括示波器，萬用表，電流探頭，電感，脈沖發(fā)生器，驅(qū)動模塊，高壓電源，低壓電源，低壓電源為脈沖發(fā)生器和驅(qū)動模塊提供電源，高壓電源為被試的IGBT功率模塊的電容充電，示波器對IGBT功率模塊的電壓，電流波形進(jìn)行采集，電感通過電流探頭連接于IGBT功率模塊的C極和E極之間，電流波形通過電流探頭傳送到示波器上，萬用表對IGBT功率模塊的輸入電壓進(jìn)行監(jiān)測。利用充電后電容內(nèi)的電量進(jìn)行功率模塊測試，利用電感負(fù)載對變化電流具有阻礙作用的特性對IGBT功率模塊中的二極管續(xù)流能力進(jìn)行測試。本實(shí)用新型不僅能夠降低所需供電電源的容量，節(jié)約了成本，而且提高了測試的覆蓋率。
文檔編號G01R31/26GK201689153SQ20092025994
公開日2010年12月29日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月30日
發(fā)明者劉丹, 周利軍, 易衛(wèi)華, 李濤, 武松劍, 謝明明, 陳長春 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司