CN113671340B - 一种IGBT的Switch参数测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种IGBT的Switch参数测试装置，包括：电源模块、控制模块、正极电压输入端、负极电压输入端、接入电阻调整模块、电感、续流二极管、集电极连接节点、栅极连接节点、发射极连接节点、极间电压采样电路、极间电流采样电路、栅极电压采样电路、极间电流输出节点、极间电压输出节点和栅极电压输出节点；通过提供IGBT的Switch参数测试装置，使得该IGBT的Switch参数测试装置可以对IGBT器件的Switch参数进行多参数的测试，功能丰富。方便对IGBT器件的Switch参数进行测试。本发明主要用于半导体测试技术领域。

Description

一种IGBT的Switch参数测试装置

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，特别涉及一种IGBT的Switch参数测试装置。

背景技术

随着半导体技术发展IGBT由模块向小型化封装发展。同时中小功率的IGBT也发展起来。Switch参数是IGBT的必测项目之一，其测试的参数有开关时间，开关延时，开关损耗等等参数。

现有的对IGBT的Switch参数的测试仪器一般都是针对特定的IGBT的Switch参数的单独参数进行测试，功能性不强。因此，如何通过一个仪器对IGBT的Switch参数进行多参数的测试，成为行业内亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种IGBT的Switch参数测试装置，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。

本发明解决其技术问题的解决方案是：提供一种IGBT的Switch参数测试装置，包括：电源模块、控制模块、正极电压输入端、负极电压输入端、接入电阻调整模块、电感、续流二极管、集电极连接节点、栅极连接节点、发射极连接节点、极间电压采样电路、极间电流采样电路、栅极电压采样电路、极间电流输出节点、极间电压输出节点和栅极电压输出节点；

所述正极电压输入端与控制模块的第一输入端连接，所述负极电压输入端与控制模块的第二输入端连接，所述控制模块的输出端与接入电阻调整模块的输入端连接，所述接入电阻调整模块的输出端与栅极连接节点连接，所述集电极连接节点与电感的一端和续流二极管的阳极连接，所述电感的另一端和续流二极管的阴极均与电源模块的正极连接，所述发射极连接节点与电源模块的负极连接，所述极间电压采样电路用于采集集电极连接节点与发射极连接节点之间的电压差的信号，并将所述信号传递给极间电压输出节点；

所述极间电流采样电路用于采集从发射极连接节点流出的电流的信号，并将信号传递给极间电流输出节点；

所述栅极电压采样电路用于采集栅极连接节点的电压的信号，并将信号传递给栅极电压输出节点；所述接入电阻调整模块用于调整串入栅极连接节点的电阻；所述集电极连接节点用于与待测IGBT器件的集电极连接，所述发射极连接节点用于与待测IGBT器件的发射极连接，所述栅极连接节点用于与待测IGBT器件的栅极连接；所述电源模块的负极对地连接。

进一步，IGBT的Switch参数测试装置还包括软保护开关，所述软保护开关串接在电源模块的正极与电感的另一端之间，用于在流经电感的电流大于设定的阈值时，断开电感与电源模块之间的电连接。

进一步，所述接入电阻调整模块包括：电阻串，所述电阻串由至少两个电阻串联而成，每一个电阻均并联有开关。

进一步，所述控制模块包括：第一放大器、PMOS管、第二放大器、NMOS管和控制驱动模块，所述第一放大器的输入端与正极电压输入端连接，所述第一放大器的输出端与PMOS管的源极连接，所述PMOS管的漏极与接入电阻调整模块的输入端连接，所述PMOS管的栅极与控制驱动模块的第一输出端连接，所述第二放大器的输入端与负极电压输入端连接，所述第二放大器的输出端与NMOS管的源极连接，所述NMOS管的漏极与接入电阻调整模块的输入端连接，所述NMOS管的栅极与控制驱动模块的第二输出端连接。

进一步，所述极间电流采样电路包括：同轴电阻、第一衰减电路、第一射极跟随器和第三放大器；

所述同轴电阻的一端分别与发射极连接节点、第一衰减电路的输入端连接，所述同轴电阻的另一端对地连接，所述第一衰减电路的输出端与第一射极跟随器的输入端连接，所述第一射极跟随器的输出端与极间电流输出节点连接，所述同轴电阻用于将从发射极连接节点输出的电流信号转换成电压信号，所述电压信号通过第一衰减电路进行衰减后进入第一射极跟随器，第一射极跟随器形成高输入阻抗，并将衰减后的电压信号输出给第三放大器，第三放大器将衰减后的电压信号进行放大并传递给极间电流输出节点。

进一步，所述极间电压采样电路包括：第二衰减电路、第三衰减电路、第二射极跟随器、第三射极跟随器和电压差放大器；所述第二衰减电路的输入端与集电极连接节点连接，所述第二衰减电路的输出端与第二射极跟随器的输入端连接；

所述第三衰减电路的输入端与发射极连接节点连接，所述第三衰减电路的输出端与第三射极跟随器的输入端连接，所述第二射极跟随器的输出端与电压差放大器的第一输入端连接，所述第三射极跟随器的输出端与电压差放大器的第二输入端连接，所述电压差放大器用于将其第一输入端接收的电压与其第二输入端接收的电压进行做差形成极间电压，极间电压通过极间电压输出节点输出。

进一步，所述栅极电压采样电路包括：第四衰减电路、第四射极跟随器和第四放大器，所述第四衰减电路的输入端与栅极连接节点连接，所述第四衰减电路的输出端与第四射极跟随器的输入端连接，所述第四射极跟随器的输出端与第四放大器的输入端连接，所述第四放大器的输出端与栅极电压输出节点连接。

本发明至少具有以下有益效果：通过提供IGBT的Switch参数测试装置，使得该IGBT的Switch参数测试装置可以对IGBT器件的Switch参数进行多参数的测试，功能丰富。方便对IGBT器件的Switch参数进行测试。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。

图1是IGBT的Switch参数测试装置的电路结构原理图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。

实施例1，参考图1，一种IGBT的Switch参数测试装置，包括：电源模块100、控制模块、正极电压输入端201、负极电压输入端202、接入电阻调整模块400、电感L、续流二极管D、集电极连接节点a、栅极连接节点c、发射极连接节点b、极间电压采样电路、极间电流采样电路、栅极电压采样电路、极间电流输出节点602、极间电压输出节点601和栅极电压输出节点603。

所述正极电压输入端201与控制模块的第一输入端连接，所述负极电压输入端202与控制模块的第二输入端连接，所述控制模块的输出端与接入电阻调整模块400的输入端连接，所述接入电阻调整模块400的输出端与栅极连接节点c连接，所述集电极连接节点a与电感L的一端和续流二极管D的阳极连接，所述电感L的另一端和续流二极管D的阴极均与电源模块100的正极连接，所述发射极连接节点b与电源模块100的负极连接。

所述极间电压采样电路用于采集集电极连接节点a与发射极连接节点b之间的电压差的信号，并将所述信号传递给极间电压输出节点601；所述极间电流采样电路用于采集从发射极连接节点b流出的电流的信号，并将信号传递给极间电流输出节点602。

所述栅极电压采样电路用于采集栅极连接节点c的电压的信号，并将信号传递给栅极电压输出节点603；所述接入电阻调整模块400用于调整串入栅极连接节点c的电阻；所述集电极连接节点a用于与待测IGBT器件500的集电极连接，所述发射极连接节点b用于与待测IGBT器件500的发射极连接，所述栅极连接节点c用于与待测IGBT器件500的栅极连接；所述电源模块100的负极对地连接。

电源模块100的作用是给整个测试装置提供电能；正极电压输入端201用于连接外部的正极电压，当然，正极电压的大小可以根据需要所调整。负极电压输入端202用于连接外部的负极电压，当然，负极电压的大小可以根据需要所调整。

控制模块的作用是包括：通过输出脉冲控制使得接入正极电压输入端201的正极电压可以通过接入电阻调整模块400作用在待测IGBT器件500的栅极；通过输出脉冲控制使得接入负极电压输入端202的负极电压可以通过接入电阻调整模块400作用在待测IGBT器件500的栅极。其中，当正极电压作用在待测IGBT器件500的栅极时，待测IGBT器件500开启；当负极电压作用在待测IGBT器件500的栅极时，待测IGBT器件500可靠断开。

接入电阻调整模块400的作用是输出待测IGBT器件500的串接电阻，通过在待测IGBT器件500的栅极串入串接电阻，可以提高待测IGBT开关的速度。其中，不同的待测IGBT器件500需要有不同的串接电阻，因此，通过接入电阻调整模块400可以调整出不同的串入电阻以适应不同的待测IGBT器件500的要求。

极间电流输出节点602用于输出反应极间电流变化的信号；极间电压输出节点601用于输出反应极间电压变化的信号；栅极电压输出节点603用于输出反应栅极电压变化的信号。

在对待测IGBT器件500进行测试的时候，将待测IGBT器件500的栅极与栅极连接节点c连接，将待测IGBT器件500的集电极与集电极连接节点a连接，将待测IGBT器件500的发射极与发射极连接节点b连接。将极间电压输出节点601、极间电流输出节点602和栅极电压输出节点603接入到示波器。

具体对IGBT器件的Switch参数的测试过程如下：

步骤1、测试前，通过控制模块和接入电阻调整模块400来调整好测试参数。其中，通过接入调整模块调整串接电阻的大小，以适应待测IGBT器件500。通过控制模块调整待测IGBT的极间电流，通过设置两个控制脉冲，第一个控制脉冲使得待测IGBT器件500的极间电流可以达到标称值的80%-100%。第二个控制脉冲使得待测IGBT器件500的极间电流可以达到标称值的120%。两个脉冲过后，待测IGBT器件500的性能没有问题，则认为待测IGBT器件500的过载性能是合格的。

测试完IGBT器件的过载性能后，则可以对待测IGBT器件500的电流下降时间和电压上升时间进行测试。具体测试如下：

设定控制模块控制待测IGBT器件500开启或者关闭的节拍。通过这个节拍，在T0时刻，控制模块控制待测IGBT断开。通过电源模块100给予待测IGBT器件500通电，此时待测IGBT器件500的极间电压上升。通过示波器检测到极间电压的波形，通过示波器检测极间电流的波形。当然，事先限定好了待测IGBT器件500的极间电压的测试上限，待测IGBT器件500的极间电流的测试上限。当待测IGBT器件500的极间电流达到测试上限时，则需要断开待测IGBT器件500的供电，以免造成待测IGBT器件500的损害。

在T1时刻，控制模块控制待测IGBT器件500开启，电源模块100通过电感L对待测IGBT器件500进行放电。极间电流开始上升，示波器检测极间电流上升到参考值的时间，这个时间就是待测IGBT器件500的电流上升时间。

在T2时刻，控制模块控制待测IGBT器件500断开，此时，极间电流开始下降。示波器检测极间电流下降到参考值的时间，这个时间就是待测IGBT器件500的电流下降时间。

T2时刻后延时一段小于4μs的时间到达T3时刻，T3时刻，控制模块控制待测IGBT器件500开启。由于T2时刻到T3时刻的时间很短，电感L经过续流二极管D放电消耗很小，因此，电感L以接近T2时刻的电流对待测IGBT器件500放电，示波器检测极间电流从T3时刻的电流达到T2时刻的电流所需要的时间，这个时间就是待测IGBT器件500的开通时间参数。

在对所述开通时间参数测试完毕后，控制模块保持待测IGBT器件500的开启，极间电流持续上升，直到上升至最大值。控制模块断开待测IGBT器件500。这个过程就是待测IGBT器件500的过流性能测试过程。

在测试完毕待测IGBT器件500的过流性能，则认为待测IGBT器件500的Switch参数测试完毕。控制模块控制待测IGBT器件500断开，等极间电流下降至0之后延时大于等于50μs，关闭待测IGBT器件500的供电。

在一些优选的实施例中，本IGBT的Switch参数测试装置还包括软保护开关600，所述软保护开关600串接在电源模块100的正极与电感L的另一端之间，用于在流经电感L的电流大于设定的阈值时，断开电感L与电源模块100之间的电连接。通过软保护开关600可以实时断开电感L与电源模块100之间的电连接，为此可以控制待测IGBT器件500的供电。可以有效保护待测IGBT器件500。

在一些优选的实施例中，所述接入电阻调整模块400包括：电阻串402，所述电阻串402由至少两个电阻串402联而成，每一个电阻均并联有开关401。通过开关401可以选择接入电阻串402中电阻值，从而灵活调整待测IGBT器件500的串入电阻。

在一些优选的实施例中，所述控制模块包括：第一放大器301、PMOS管210、第二放大器302、NMOS管220和控制驱动模块200，所述第一放大器301的输入端与正极电压输入端201连接，所述第一放大器301的输出端与PMOS管210的源极连接，所述PMOS管210的漏极与接入电阻调整模块400的输入端连接，所述PMOS管210的栅极与控制驱动模块200的第一输出端连接，所述第二放大器302的输入端与负极电压输入端202连接，所述第二放大器302的输出端与NMOS管220的源极连接，所述NMOS管220的漏极与接入电阻调整模块400的输入端连接，所述NMOS管220的栅极与控制驱动模块200的第二输出端连接。

控制驱动模块200可以通过其的第一输出端和第二输出端来控制正极电压输入端201与接入电阻调整模块400的电连接或者控制负极电压输入端202与接入电阻调整模块400的电连接。

在一些优选的实施例中，所述极间电流采样电路包括：同轴电阻CSD、第一衰减电路101、第一射极跟随器310和第三放大器303；所述同轴电阻CSD的一端分别与发射极连接节点b、第一衰减电路101的输入端连接，所述同轴电阻CSD的另一端对地连接，所述第一衰减电路101的输出端与第一射极跟随器310的输入端连接，所述第一射极跟随器310的输出端与极间电流输出节点602连接，所述同轴电阻CSD用于将从发射极连接节点b输出的电流信号转换成电压信号，所述电压信号通过第一衰减电路101进行衰减后进入第一射极跟随器310，第一射极跟随器310形成高输入阻抗，并将衰减后的电压信号输出给第三放大器303，第三放大器303将衰减后的电压信号进行放大并传递给极间电流输出节点602。

在一些优选的实施例中，所述极间电压采样电路包括：第二衰减电路102、第三衰减电路103、第二射极跟随器320、第三射极跟随器330和电压差放大器305；所述第二衰减电路102的输入端与集电极连接节点a连接，所述第二衰减电路102的输出端与第二射极跟随器320的输入端连接；所述第三衰减电路103的输入端与发射极连接节点b连接，所述第三衰减电路103的输出端与第三射极跟随器330的输入端连接，所述第二射极跟随器320的输出端与电压差放大器305的第一输入端连接，所述第三射极跟随器330的输出端与电压差放大器305的第二输入端连接，所述电压差放大器305用于将其第一输入端接收的电压与其第二输入端接收的电压进行做差形成极间电压，极间电压通过极间电压输出节点601输出。

在一些优选的实施例中，所述栅极电压采样电路包括：第四衰减电路104、第四射极跟随器340和第四放大器304，所述第四衰减电路104的输入端与栅极连接节点c连接，所述第四衰减电路104的输出端与第四射极跟随器340的输入端连接，所述第四射极跟随器340的输出端与第四放大器304的输入端连接，所述第四放大器304的输出端与栅极电压输出节点603连接。

在一些实施例中，第一衰减电路101包括：第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第二电容C2，所述第一电阻R1的一端分别与第二电容C2的一端和同轴电阻CSDCSD的一端连接，所述第一电阻R1的另一端分别与第二电容C2的另一端、第二电阻R2的一端、第一电容C1的一端和第一射极跟随器310的输入端连接。所述第二电阻R2的另一端和第一电容C1的另一端均对地连接。在第一衰减电路101中，第一电阻R1和第二电阻R2形成分压电路，将信号进行分压衰减，第二电容C2与第一电阻R1并联，第一电容C1与第二电阻R2并联，第一电容C1和第二电容C2共同作用，从而对同轴电阻CSD的一端的电压信号的边沿进行整理的作用，使得信号的边沿更加清晰。

在一些实施例中，第二衰减电路102包括：第三电阻R3、第四电阻R4、第三电容C3和第四电容C4，所述第三电阻R3的一端分别与第三电容C3的一端和集电极连接节点a连接，所述第三电阻R3的另一端分别与第三电容C3的另一端、第四电阻R4的一端、第四电容C4的一端和第二射极跟随器320的输入端连接，所述第四电阻R4的另一端和第四电容C4的另一端均对地连接。

在第二衰减电路102中，第三电阻R3和第四电阻R4形成分压电路，将信号进行分压衰减，第三电容C3与第三电阻R3并联，第四电容C4与第四电阻R4并联，第三电容C3和第四电容C4共同作用，从而对集电极连接节点a的电压信号的边沿进行整理的作用，使得信号的边沿更加清晰。

第三衰减电路103包括：第五电阻R5、第六电阻R6、第五电容C5和第六电容C6，所述第五电阻R5的一端分别与第五电容C5的一端和发射极连接节点b连接，所述第五电阻R5的另一端分别与第五电容C5的另一端、第六电阻R6的一端、第六电容C6的一端和第三射极跟随器330的输入端连接，所述第六电阻R6的另一端和第六电容C6的另一端均对地连接。

在第三衰减电路103中，第五电阻R5和第六电阻R6形成分压电路，将信号进行分压衰减，第五电容C5与第五电阻R5并联，第六电容C6与第六电阻R6并联，第五电容C5和第六电容C6共同作用，从而对发射极连接节点b的电压信号的边沿进行整理的作用，使得信号的边沿更加清晰。

第四衰减电路104包括：第七电阻R7、第八电阻R8、第七电容C7和第八电容C8，所述第七电阻R7的一端分别与第八电容C8的一端和栅极连接节点c连接，所述第七电阻R7的另一端分别与第七电容C7的另一端、第八电阻R8的一端、第八电容C8的一端和第四射极跟随器340的输入端连接，所述第八电阻R8的另一端和第七电容C7的另一端均对地连接。

在第四衰减电路104中，第七电阻R7和第八电阻R8形成分压电路，将信号进行分压衰减，第七电容C7与第八电阻R8并联，第八电容C8与第七电阻R7并联，第七电容C7和第八电容C8共同作用，从而对栅极连接节点c的电压信号的边沿进行整理的作用，使得信号的边沿更加清晰。

以上对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种IGBT的Switch参数测试装置，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、正极电压输入端、负极电压输入端、接入电阻调整模块、电感、续流二极管、集电极连接节点、栅极连接节点、发射极连接节点、极间电压采样电路、极间电流采样电路、栅极电压采样电路、极间电流输出节点、极间电压输出节点和栅极电压输出节点；

所述正极电压输入端与控制模块的第一输入端连接，所述负极电压输入端与控制模块的第二输入端连接，所述控制模块的输出端与接入电阻调整模块的输入端连接，所述接入电阻调整模块的输出端与栅极连接节点连接，所述集电极连接节点与电感的一端和续流二极管的阳极连接，所述电感的另一端和续流二极管的阴极均与电源模块的正极连接，所述发射极连接节点与电源模块的负极连接，所述极间电压采样电路用于采集集电极连接节点与发射极连接节点之间的电压差的信号，并将所述信号传递给极间电压输出节点；

所述极间电流采样电路用于采集从发射极连接节点流出的电流的信号，并将信号传递给极间电流输出节点；

所述栅极电压采样电路用于采集栅极连接节点的电压的信号，并将信号传递给栅极电压输出节点；所述接入电阻调整模块用于调整串入栅极连接节点的电阻；所述集电极连接节点用于与待测IGBT器件的集电极连接，所述发射极连接节点用于与待测IGBT器件的发射极连接，所述栅极连接节点用于与待测IGBT器件的栅极连接；所述电源模块的负极对地连接；

所述极间电流采样电路包括：同轴电阻、第一衰减电路、第一射极跟随器和第三放大器；

所述同轴电阻的一端分别与发射极连接节点、第一衰减电路的输入端连接，所述同轴电阻的另一端对地连接，所述第一衰减电路的输出端与第一射极跟随器的输入端连接，所述第一射极跟随器的输出端与极间电流输出节点连接，所述同轴电阻用于将从发射极连接节点输出的电流信号转换成电压信号，所述电压信号通过第一衰减电路进行衰减后进入第一射极跟随器，第一射极跟随器形成高输入阻抗，并将衰减后的电压信号输出给第三放大器，第三放大器将衰减后的电压信号进行放大并传递给极间电流输出节点；

所述栅极电压采样电路包括：第四衰减电路、第四射极跟随器和第四放大器，所述第四衰减电路的输入端与栅极连接节点连接，所述第四衰减电路的输出端与第四射极跟随器的输入端连接，所述第四射极跟随器的输出端与第四放大器的输入端连接，所述第四放大器的输出端与栅极电压输出节点连接；

第一衰减电路包括：第一电阻、第二电阻、第一电容和第二电容，所述第一电阻的一端分别与第二电容的一端和同轴电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端分别与第二电容的另一端、第二电阻的一端、第一电容的一端和第一射极跟随器的输入端连接，所述第二电阻的另一端和第一电容的另一端均对地连接。

2.根据权利要求1所述的一种IGBT的Switch参数测试装置，其特征在于，还包括软保护开关，所述软保护开关串接在电源模块的正极与电感的另一端之间，用于在流经电感的电流大于设定的阈值时，断开电感与电源模块之间的电连接。

3.根据权利要求1所述的一种IGBT的Switch参数测试装置，其特征在于，所述接入电阻调整模块包括：电阻串，所述电阻串由至少两个电阻串联而成，每一个电阻均并联有开关。

4.根据权利要求1所述的一种IGBT的Switch参数测试装置，其特征在于，所述控制模块包括：第一放大器、PMOS管、第二放大器、NMOS管和控制驱动模块，所述第一放大器的输入端与正极电压输入端连接，所述第一放大器的输出端与PMOS管的源极连接，所述PMOS管的漏极与接入电阻调整模块的输入端连接，所述PMOS管的栅极与控制驱动模块的第一输出端连接，所述第二放大器的输入端与负极电压输入端连接，所述第二放大器的输出端与NMOS管的源极连接，所述NMOS管的漏极与接入电阻调整模块的输入端连接，所述NMOS管的栅极与控制驱动模块的第二输出端连接。

5.根据权利要求1所述的一种IGBT的Switch参数测试装置，其特征在于，所述极间电压采样电路包括：第二衰减电路、第三衰减电路、第二射极跟随器、第三射极跟随器和电压差放大器；所述第二衰减电路的输入端与集电极连接节点连接，所述第二衰减电路的输出端与第二射极跟随器的输入端连接；

所述第三衰减电路的输入端与发射极连接节点连接，所述第三衰减电路的输出端与第三射极跟随器的输入端连接，所述第二射极跟随器的输出端与电压差放大器的第一输入端连接，所述第三射极跟随器的输出端与电压差放大器的第二输入端连接，所述电压差放大器用于将其第一输入端接收的电压与其第二输入端接收的电压进行做差形成极间电压，极间电压通过极间电压输出节点输出。

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