CN109254182A - 功率器件动态测试的限流保护方法 - Google Patents

功率器件动态测试的限流保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种功率器件动态测试的限流保护方法，其包括能对功率器件进行所需动态测试的测试电路；还包括与测试电路适配限流保护电路，所述限流保护电路包括用于检测测试电路中测试电流的电流检测电路、能控制电源与被测功率器件连接状态的开关器件K以及用于控制开关器件K开关状态的控制器；所述控制器内预设有电流保护限值Ilimit，控制器采集电流检测电路检测的测试电流值，若测试电流值大于控制器内的电流保护限值Ilimit时，控制器能使得开关器件K处于断开状态，以切断电源的低阻放电通道。本发明能避免测试过程中由于测试异常导致测试设备损坏和样品严重损坏，提高测试的可靠性。

Description

功率器件动态测试的限流保护方法
技术领域
本发明涉及一种方法，尤其是一种功率器件动态测试的限流保护方法，属于功率器件动态测试的技术领域。
背景技术
功率半导体器件(例如MOSFET、IGBT、HEMT、diode等)在设计、生产及应用环节中需要测试其动态特性，例如开通特性、关断特性、反向恢复特性、短路安全工作区(SCSOA：Short Circuit Safe Operation Area)、反偏安全工作区(RBSOA：Reverse Bias SafeOperation Area)、雪崩耐量等。这类特性的测试有一个共同特点，就是让器件在大电流和高电压条件下工作，用于考察器件在几种典型工况下的特性及可靠性。通常这类特性的测试***中使用了电容器作为储能元件。为产生高压或大电流，这些电容器的容量较大，测试时电容器会储存非常可观的能量。然而在各类动态测试过程中，被测器件有可能会出现失效。当器件失效后呈短路或低阻抗特性时，器件将流过非常大的电流且测试***无法控制该电流，导致电容器中储存的能量会瞬间释放在已损坏的被测器件上。这种情况发生后，通常会造成被测样品发生***，甚至导致测试***损坏。
功率半导体器件之所以可以用于电力电子***中，其实质原理是它们都具有一个共同的特点，也既是变阻特性。也就是说功率半导体器件通常具有高阻和低阻两个工作状态。例如：
二极管的电流从阳极流向阴极时呈低阻状态，当电流从阴极流向阳极时呈高阻状态。IGBT当其栅极与发射极间的电压高于阈值电压时，其集电极与发射极间呈低阻状态。当栅极与发射极间的电压低于阈值电压时，其集电极与发射极间呈高阻状态。
MOSFET和HEMT当其栅极与发射极间的电压高于阈值电压时，其漏极与源极间呈低阻状态。当栅极与发射极间的电压低于阈值电压时，其漏极与源极间呈高阻状态。
二极管属于被动器件，其高阻和低阻状态的切换由外部电路的电流方向所决定。IGBT/MOSFET/HEMT属于主动器件，其高阻与低阻状态的切换可以通过控制其栅极与发射极(或源极)间的电压来实现。当功率半导体器件失效后，通常有两个特征：其一时失去高阻状态或低阻状态的能力，其二是失去主动切换高阻和低阻状态的能力。
功率半导体器件动态特性测试***通常包括双脉冲测试***、短路安全工作区测试***、反偏安全功作区测试***、雪崩耐量测试***等。
图1所示为双脉冲测试电路原理图(与国际标准IEC60747-9几乎相同)。电源VR为高压电源，电源VR的负极接地。通常情况下，电源VR为一个大容量的电容器。L1为负载电感，DUT-D为一个待测的二极管器件，电感L1与待测二极管DUT-D并联，且待测二极管DUT-D的阴极以及电感L1的一端与电源VR的正极相连。DUT-SW为待测的开关器件(图1中为一个IGBT器件，但实际上也可以为MOSFET或HEMT等器件)。待测开关器件DUT-SW的集电极(或漏极)和待测二极管器件DUT-D的阳极以及电感L1的另一端相连，待测开关器件DUT-SW的发射极(或源极)接地。待测开关器件DUT-SW的栅极通过两个电源来控制其开关状态。电源VGG1负极接地，电源VGG1的正极通过电阻R1和开关S1连接到待测开关器件DUT-SW的栅极上。电源VGG2正极接地，电源VGG2的负极通过电阻R2和开关S1连接到DUT-SW的栅极上。当开关S1与电阻R1连接后，待测开关器件DUT-SW将被开通(进入低阻状态)。当开关S1与电阻R2连接后，待测开关器件DUT-SW将被开通(进入高阻状态)。
测试时，首先将电源VR的电压充电至目标值。然后让开关S1与电阻R1连接，待测开关器件DUT-SW开通。此时，电源VR、电感L1及待测开关器件DUT-SW可形成导电通路，电流线性增加。当回路的电流增加到测试需要的电流条件时，开关S1与电阻R2连接，待测开关器件DUT-SW关断，此时可测试待测开关器件DUT-SW在特定电流电压条件下的关断特性。先前的低阻导电通路被阻断后，电感L1的电流通过待测二极管DUT-D续流。当待测开关器件DUT-SW完成关断特定时间后再次将开关S1与电阻R1连接，待测开关器件DUT-SW再次开通，电感L1的电流及待测二极管DUT-D的反向恢复电流同时流向待测开关器件DUT-SW，此时可测试待测开关器件DUT-SW在特定电流电压条件下的开通特性以及待测二极管DUT-D在特定电流电压条件下的反向恢复特性。当待测开关器件DUT-SW完成开通特定时间后再次将开关S1与电阻R2连接，待测开关器件DUT-SW再次关断，测试结束。
由上可知，上述可用于测试开关器件的开通特性和关断特性，以及二极管的反向恢复特性。以上过程为正常的测试过程。但实际上在测试过程中随时都有可能出现异常。例如，当测试过程中待测开关器件DUT-SW失效后，会导致测试过程中电流无法被控制。再如，当测试过程中待测开关器件DUT-D失效而变为低阻特性时，若待测开关器件DUT-SW被开通后，待测开关器件DUT-SW和待测二极管DUT-D相当于直通，电源VR的负载电阻非常小，电流将瞬时增加到非常大的水平。由上可知，待测开关器件DUT-SW或待测二极管DUT-D在测试过程中出现失效后会导致测试变得非常危险。
图2所示为SCSOA1(SCSOA具体分了三种类型：SCSOA1，SCSOA2和SCSOA3。SCSOA1特点是在负载发生短路时开通半导体器件。SCSOA2特点是在半导体器件处于开通状态时负载发生短路。SCSOA3特点是在二极管处于续流状态时，负载发生短路。三种短路的电路很相似，只是短路发生的地间有差异。)测试(短路测试)电路原理图(与国际标准IEC60747-9几乎相同)。VR为高压电源，VR的负极接地。通常情况下，VR为一个大容量的电容器。DUT为待测的开关器件(图2中为一个IGBT器件，但实际上也可以为MOSFET或HEMT等器件)。待测开关器件DUT的集电极(或漏极)和电源VR正极相连。待测开关器件DUT的发射极(或源极)接地。待测开关器件DUT的栅极通过VGG3驱动，VGG3负极接地。电阻R3的一端接VGG3的正极，另一端与待测开关器件DUT的栅极相连。电阻R4一端与待测开关器件DUT的栅极相连，另一端接地。当VGG3电压高于待测开关器件DUT的阈值电压时，VGG3通过电阻R3对待测开关器件DUT的栅极电容充电至VG高于阈值电压时，待测开关器件DUT开通(进入低阻状态)。当VGG3电压低于待测开关器件DUT的阈值电压时，待测开关器件DUT的栅极电容通过电阻R3和R4放电至VG也低于其阈值电压时，待测开关器件DUT关断(进入高阻状态)。Ls1为电源VR和待测开关器件DUT之间的寄生电感。
测试时，首先将电源VR的电压充电至目标值，然后让VGG3驱动待测开关器件DUT开通非常短的一段时间(通常小于100微秒)。在待测开关器件DUT开通期间，待测开关器件DUT的电压几乎等于电源VR输出电压，待测开关器件DUT的电流为其在电源VR条件下的饱和电流(待测开关器件DUT具有限流能力)。短路测试主要是待测开关器件DUT在电源电压全部施加到待测开关器件DUT上时的开通和关断特性。
在测试过程中一旦待测开关器件DUT出现失效并呈低阻特性，电源VR便可以通过失效的测器件DUT放电(寄生电感Ls1感值非常小，可以忽略)，电流极有可能会增加至非常大的水平，测试***便进入危险状态。
图2所示为SCSOA1的测试电路原理图，事实上还有SCSOA2和SCSOA3两种短路过程，具体可参考相关标准或技术文献。这些短路测试电路虽然略有差异，但都有可能出现类似SCSOA1中所述的测试失控问题，故在此不再赘述。
图3所示为RBSOA测试(反偏安全工作区测试)电路原理图(与国际标准IEC60747-9几乎相同)。VR为低压电源，VR的负极接地，正极与负载电感L2端连接。VCE(clamp)为嵌位电源，其负极接地，正极与一个二极管D1的阴极相连。通常情况下，电源VR和VCE(clamp)为两个大容量的电容器。DUT为待测的开关器件(图3中为一个IGBT器件，但实际上也可以为MOSFET或HEMT等器件)。二极管D1的阳极与电感L2的另一端相连后连接到待测开关器件DUT的集电极(或漏极)，待测开关器件DUT的发射极(或源极)接地。待测开关器件DUT的栅极通过两个电源来控制其开关状态。电源VGG4负极接地，电源VGG4的正极通过电阻R6和开关S2连接到待测开关器件DUT的栅极上。电源VGG5正极接地，电源VGG5的负极通过电阻R5和开关S2连接到待测开关器件DUT的栅极上。当开关S2与电阻R6连接后，待测开关器件DUT将被开通(进入低阻状态)。当开关S2与电阻R5连接后，待测开关器件DUT将被关断(进入高阻状态)。Ls2为测试电路大电流回路中的寄生电感。
测试时，首先将电源VR的电压充电至目标值(具体的电压值不要求，只要能将电感L2充电至所需要的测试电流即可)。然后让开关S2与电阻R5连接，待测开关器件DUT开通。此时，电源VR、电感L2及待测开关器件DUT可形成导电通路，电流线性增加。当回路的电流增加到测试需要的电流条件时，开关S2与电阻R5连接，待测开关器件DUT关断。与双脉冲测试不同的是，双脉冲测试时，待测开关器件DUT的关断过程是电流下降和电压上升是同时发生的。而在RBSOA测试时，待测开关器件DUT在关断过程中，电压先被强行嵌位在VCE(clamp)值下，随后才是电流下降。
在测试过程中一旦待测开关器件DUT出现失效并呈低阻特性，电源VR便可以通过失效的测器件DUT放电，电流极有可能会增加至非常大的水平，测试***便进入危险状态。
图4所示为雪崩耐量测试电路原理图。VR为电源，VR的负极接地，正极与电感L3一端连接。通常情况下，VR为一个大容量的电容器。DUT为待测的开关器件(图4中为一个MOSFET器件，但实际上也可以为IGBT或HEMT等器件)。待测开关器件DUT的源极(或发射极)接地，漏极(或集电极)与电感L3的另一端连接。待测开关器件DUT的栅极通过电源VGG6来控制其开关状态。待测开关器件DUT的栅极通过电源VGG6驱动，电源VGG6负极接地。电阻R7的一端接电源VGG6的正极，另一端与待测开关器件DUT的栅极相连。电阻R8一端与待测开关器件DUT的栅极相连，另一端接地。当电源VGG6电压高于待测开关器件DUT的阈值电压时，电源VGG6通过电阻R7对待测开关器件DUT的栅极电容充电至VG高于阈值电压时，待测开关器件DUT开通(进入低阻状态)。当被测器件VGG6电压低于待测开关器件DUT的阈值电压时，待测开关器件DUT的栅极电容通过电阻R7和R8放电至VG也低于其阈值电压时，待测开关器件DUT关断(进入高阻状态)。
测试时，首先将电源VR的电压充电至目标值。然后让电源VGG6输出高于阈值电压的电压值，待测开关器件DUT开通。此时，电源VR、电感L3及待测开关器件DUT可形成导电通路，电流线性增加。当回路的电流增加到测试需要的电流条件时，电源VGG6输出低于阈值电压的电压值，待测开关器件DUT关断。由于电感L3电流不能突变，电感L3的两端感生出足够高的电压将待测开关器件DUT击穿至雪崩状态。电感L3通过雪崩后的待测开关器件DUT续流直到能量释放完，测试结束。
在测试过程中一旦待测开关器件DUT出现失效并呈低阻特性，电源VR便可以通过电感L3及失效的测器件DUT放电。由于电源VR容值较大，电流极有可能会增加至非常大的水平，测试***便进入危险状态。
目前的功率半导体器件动态测试***的主电路图在上述内容中已有介绍。在实际测试中由于只需要瞬时的大电流，电路中的电源VR和VCE(clamp)通常是用大容值的电容器(或多个电容器并联组成的电容组)实现(用电容替作为电源可以节省硬件成本)。由于需要测试器件在高压大电流条件下的动态特性，需要对这些电容充电至很高的电压，此时电容所储能量非常可观。举一个典型的例子，一个4000V/5000A动态测试***所需要的电容容值为1mF，其储能电容充电至4000V时所储能量为8000焦耳。在测试过程中一量被测器件发生失效且呈现低阻特性时，测试***的电流将会增加至非常高的水平且失去控制，直至电容的能量释放完。然而，电容通过低阻抗通道放电是非常危险的，有可能导致样品发生***，甚至将测试***本身烧毁。
另外，***中负载电感的感值也非常大，测试过程中电感也会储存较大的能量。举一个典型的例子，一个4000V/5000A动态测试***所需要的电感感值为20μF，其储能电感充电至5000A时所储能量为250焦耳。相比***中的电容而言，***电感能量的释放危险性较低。一方面是***中的电感本身储能相比***中的电容小很多，另一方面电感放电时电流不会失控，故通常不会导致样品或***出现严重的损坏。
目前功率半导体器件动态测试***中没有限流保护措施，测试过程中被测器件一旦发生失效且表现出低阻特性时，测试***的电流将会增加至非常危险的水平，有可能导致样品或测试***发生损坏。
由于目前的功率半导体器件动态测试***缺少限流保护能力。当被测器件失效后呈低阻特性后，测试***内部电容器会瞬间将能量释放在被测器件上。会造成如下问题：
被测器件发生剧烈的***(发生的几率较大)，因此，为保证测试人员的安全，测试时需要将测试***与测试人员隔离或者测试***需要有防爆保护措施。在缺少限流的情况下器件严重损坏，不利于后续的失效分析；测试***损害(发生的几率较小，但有可能会出现)，测试***在样品***过程中被炸坏。
电流失控后，***的电流和电压极有可能超过了***测试***的测试范围而将测试***损坏；电容器在快速放电过程中***；电容器放电回路瞬间流过大电流有可能导致导体发生熔化而损坏；电容器放电回路产生电弧或打火，在耐压部件上产生电压尖峰将其击穿而损坏；测试***中的探针或弹簧针部件在大电流发生时出现烧针；产生电气***或引发明火，有可能引发火灾。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种功率器件动态测试的限流保护方法，其能避免测试过程中由于测试异常导致测试样品等的损坏，提高测试的可靠性。
按照本发明提供的技术方案，所述功率器件动态测试的限流保护方法，包括能对功率器件进行所需动态测试的测试电路；还包括与测试电路适配限流保护电路，所述限流保护电路包括用于检测测试电路中测试电流的电流检测电路、能控制电源与被测功率器件连接状态的开关器件K以及用于控制开关器件K开关状态的控制器；
所述控制器内预设有电流保护限值Ilimit，控制器采集电流检测电路检测的测试电流值，若测试电流值大于控制器内的电流保护限值Ilimit时，控制器能使得开关器件K处于断开状态，以切断电源的低阻放电通道。
所述开关器件K包括继电器或功率半导体器件；所述继电器为机械式继电器或固态继电器；所述功率半导体器件为IGBT、MOSFET、GTO、IGCT、HEMT或BJT。
所述测试电路对功率器件进行双脉冲测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT-SW、待测二极管DUT-D、电感L1、电源VGG1以及电源VGG2；所述待测二极管DUT-D的阳极端、电感L1的一端与待测开关器件DUT-SW的第一端连接，待测开关器件DUT-SW的第二端接地，电源VGG1的负极端以及电源VGG2的正极端接地，电源VGG1的正极端与电阻R1的一端连接，电源VGG2的负极端与电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端能通过开关S1与待测开关器件DUT-SW的栅极端连接；待测开关器件DUT-SW的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT-SW的第二端为发射极或源极；
待测二极管DUT-D的阴极端、电感L1的另一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；开关器件K的控制端与控制器的输出端连接，控制器的输入端与电流检测电路的输出端连接。
所述测试电路对功率器件进行短路安全工作区测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT，所述待测开关器件DUT的栅极端与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与电源VGG3的正极端连接，电源VGG3的负极端、电阻R4的另一端以及待测开关器件DUT的第二端接地，待测开关器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路的另一端通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极；电源VR的负极端接地。
所述测试电路对功率器件进行反偏安全工作区测试时，所述测试电路包括待测器件DUT、电源VGG4以及电源VGG5，待测开关器件DUT的第二端、电源VGG4的负极端、电源VGG5的正极端均接地，电源VGG4的正极端与电阻R6的一端连接，电源VGG5的负极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电阻R6的另一端能通开关S2与待测器件DUT的栅极端连接；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极；
待测器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与二极管D1的阳极端、电感L2的一端连接，二极管D1的阴极端与电源VCE的阳极端连接，电源VCE的阴极端接地，电感L2的另一端与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地。
所述测试电路对功率器件进行雪崩耐量测试时，所述测试电路包括待测器件DUT，所述待测器件DUT的栅极端与电阻R7的一端、电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电源VGG7的正极端连接，待测器件DUT的第二端、电源VGG7的负极端以及电阻R8的另一端接地；
待测器件DUT的第一端与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与二极管D2的阴极端以及电流检测电路连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地，二极管D2的阳极端接地。
本发明的优点：在功率半导体器件的动态测试电路中电源VR的放电通路上设置限流保护电路。当测试过程中测试电流值超过电流保护限值Ilimit后，通过开关器件K的关断可以在极短的时间之内将释放能量的通道切断，避免由于能量释放失控而引起的被测器件***或将测试***损坏；从而保证测试异常时可以及时将大电流切断，避免电容器的能量释放失控，极大地提高了测试的安全性；避免了样品***的发生，一方面利于被待测开关器件的后续失效分析，也可以减小***在防爆设计时所带来的对成本及性能等方面的牺牲，避免了测试中由于测试异常而损坏，提高了测试电路的可靠性和寿命。
附图说明
图1为现有对功率器件进行双脉冲测试的测试原理图。
图2为现有对功率器件进行短路安全工作区测试的测试原理图。
图3为现有对功率器件进行反偏安全工作区测试的测试原理图。
图4为现有对功率器件进行雪崩耐量测试的测试原理图。
图5为本发明进行双脉冲测试进行限流保护的原理图。
图6为本发明短路安全工作区测试时进行限流保护的原理图。
图7为本发明反偏安全工作区测试时进行限流保护的原理图。
图8为本发明雪崩耐量测试时进行限流保护的原理图。
图9为本发明控制器、电流检测电路以及开关器件K配合的一种示意图。
图10为本发明控制器、电流检测电路以及开关器件K配合的另一种示意图。
图11为本发明控制器、电路检测电路以及开关器件K配合的第三种示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
为了能避免测试过程中由于测试异常导致测试样品等的损坏，提高测试的可靠性，本发明包括能对功率器件进行所需动态测试的测试电路；还包括与测试电路适配限流保护电路，所述限流保护电路包括用于检测测试电路中测试电流的电流检测电路、能控制电源与被测功率器件连接状态的开关器件K以及用于控制开关器件K开关状态的控制器；
所述控制器内预设有电流保护限值Ilimit，控制器采集电流检测电路检测的测试电流值，若测试电流值大于控制器内的电流保护限值Ilimit时，控制器能使得开关器件K处于断开状态，以切断电源的低阻放电通道。
具体地，通过测试电路对功率器件进行的动态测试包括双脉冲测试、短路安全工作区测试、反偏安全工作区测试以及雪崩耐量测试，测试电路对功率器件具体动态测试的类型可以根据需要进行选择，此处不再赘述。为了能对测试电路在测试过程中进行限流保护，将测试电路与限流保护电路适配连接，限流保护电路中，所述开关器件K包括继电器或功率半导体器件；所述继电器为机械式继电器或固态继电器；所述功率半导体器件为IGBT、MOSFET、GTO、IGCT、HEMT或BJT。控制器可以采用现有常用的电路形式或微处理形式，具体可以根据需要进行选择，只要能实现将测试电流值与电流保护限值Ilimit进行比较，并能实现对开关器件K的开关状态进行控制即可，此处不再赘述。
本发明实施例中，电流保护限值Ilimit的具体设置与测试电路对功率器件进行测试的类型以及功率器件的特性参数相关，具体为本技术领域人员所熟知，具体以能实现对整个功率器件动态测试进行保护为准。在测试电路对功率器件进行测试时，通过电流检测电路能实时获取整个测试电路的电流，即通过待测功率器件的电流，控制器采集电流检测电路获取的测试电流值，并将所述测试电流值与电流保护限值Ilimit比较，只有当测试电流值大于控制器内的电流保护限值Ilimit时，控制器才使得开关器件K处于断开状态，当开关器件K处于断开状态时，能切断电源VR的低阻放电通道，即能停止对功率器件的动态测试，从而实现对功率器件进行保护，提高测试的可靠性。
本发明实施例中，测试电路对功率器件进行动态测试时限流的原理图如图5～图8所示，其中，图5～图8中，框图中S表示电流检测电路，Ctrl表示控制器，下面对功率器件进行不同的动态测试时的限流电路原理图进行具体说明。
如图5所示，所述测试电路对功率器件进行双脉冲测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT-SW、待测二极管DUT-D、电感L1、电源VGG1以及电源VGG2；所述待测二极管DUT-D的阳极端、电感L1的一端与待测开关器件DUT-SW的第一端连接，待测开关器件DUT-SW的第二端接地，电源VGG1的负极端以及电源VGG2的正极端接地，电源VGG1的正极端与电阻R1的一端连接，电源VGG2的负极端与电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端能通过开关S1与待测开关器件DUT-SW的栅极端连接；待测开关器件DUT-SW的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT-SW的第二端为发射极或源极；
待测二极管DUT-D的阴极端、电感L1的另一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；开关器件K的控制端与控制器的输出端连接，控制器的输入端与电流检测电路的输出端连接。
本发明实施例中，测试电路对功率器件进行双脉冲测试的具体过程可以参考图1中有关的具体说明过程。待测开关器件DUT-SW可以为IGBT器件、MOSFET或HEMT等功率器件，根据待测开关器件DUT-SW器件类型不同，待测开关器件DUT-SW的第一端、第二端的类型有所不同，当待测功率器件类型确定后，待测开关器件DUT-SW第一端、第二端随之确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。图5中，待测开关器件DUT-SW为IGBT器件。
具体实施时，电流检测电路、开关器件K还可以置于待测开关器件DUT-SW的第一端与A点(待测二极管DUT-D的阳极与待测开关器件DUT-SW第一端以及电感L1连接点)之间，或者安装于DUT-SW的第二端与地之间，或者安装于电源VR的负极端之间。只要能实现检测整个测试电流值，并通过开关器件K的关断能切断整个电源VR的低阻放电通道均可，即可以置于图中虚线所示的任意位置，图中的虚线即为低阻放电通道，后续的附图中虚线均表示相应的低阻放电通道。
如图6所示，所述测试电路对功率器件进行短路安全工作区测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT，所述待测开关器件DUT的栅极端与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与电源VGG3的正极端连接，电源VGG3的负极端、电阻R4的另一端以及待测开关器件DUT的第二端接地，待测开关器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路的另一端通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极；电源VR的负极端接地。
本发明实施例中，测试电路对功率器件进行短路安全区工作测试的具体过程可以参考图2中有关的具体说明过程。待测开关器件DUT可以为IGBT器件、MOSFET或HEMT等功率器件，根据待测开关器件DUT器件类型不同，待测开关器件DUT的第一端、第二端的类型有所不同，当待测功率器件类型确定后，待测开关器件DUT第一端、第二端随之确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。图6中，待测开器件DUT为IGBT器件。
具体实施时，电流检测电路、开关器件K还可以置于待测开关器件DUT的第二端与地之间，或置于电源VR负极端与地之间。只要能实现检测整个测试电流值，并通过开关器件K的关断能切断整个电源VR的低阻放电通道均可。图6中，Ls1为电源VR与待测开关器件DUT之间的寄生电感。
如图7所示，所述测试电路对功率器件进行反偏安全工作区测试时，所述测试电路包括待测器件DUT、电源VGG4以及电源VGG5，待测开关器件DUT的第二端、电源VGG4的负极端、电源VGG5的正极端均接地，电源VGG4的正极端与电阻R6的一端连接，电源VGG5的负极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电阻R6的另一端能通开关S2与待测器件DUT的栅极端连接；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极；
待测器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与二极管D1的阳极端、电感L2的一端连接，二极管D1的阴极端与电源VCE的阳极端连接，电源VCE的阴极端接地，电感L2的另一端与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地。
本发明实施例中，测试电路对功率器件进行反偏安全工作区测试的具体过程可以参考图3中有关的具体说明过程。待测开关器件DUT可以为IGBT器件、MOSFET或HEMT等功率器件，根据待测开关器件DUT器件类型不同，待测开关器件DUT的第一端、第二端的类型有所不同，当待测功率器件类型确定后，待测开关器件DUT第一端、第二端随之确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。图6中，待测开器件DUT为IGBT器件。
具体实施时，电流检测电路、开关器件K还可以置于待测开关器件DUT的第二端与地之间。只要能实现检测整个测试电流值，并通过开关器件K的关断能切断整个电源VR的低阻放电通道均可。图7中，Ls2为电源VR与待测开关器件DUT之间的寄生电感。
如图8所示，所述测试电路对功率器件进行雪崩耐量测试时，所述测试电路包括待测器件DUT，所述待测器件DUT的栅极端与电阻R7的一端、电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电源VGG7的正极端连接，待测器件DUT的第二端、电源VGG7的负极端以及电阻R8的另一端接地；
待测器件DUT的第一端与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与二极管D2的阴极端以及电流检测电路连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地，二极管D2的阳极端接地。
本发明实施例中，测试电路对功率器件进行雪崩耐量测试的具体过程可以参考图4中有关的具体说明过程。待测开关器件DUT可以为IGBT器件、MOSFET或HEMT等功率器件，根据待测开关器件DUT器件类型不同，待测开关器件DUT的第一端、第二端的类型有所不同，当待测功率器件类型确定后，待测开关器件DUT第一端、第二端随之确定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。图8中，待测开器件DUT为MOSFET器件。
具体实施时，电流检测电路、开关器件K还可以置于待测开关器件DUT的第二端和二极管D2的阳极连接点与地之间工，或者置于电源VR负极与地之间。只要能实现检测整个测试电流值，并通过开关器件K的关断能切断整个电源VR的低阻放电通道均可。
如图9所示，控制器包括MCU芯片、数模转换器DA、比较器以及开关器件驱动器；其中，上位机与MCU芯片通信，告知MCU芯片相应保护电流Ilimit大小。MCU芯片控制数模转换器DA输出一个电压值到比较器第一个输入端。电流检测电路与比较器共地，其输出信号接到比较器的第二个输入端。电流检测电路的输出为一个电压信号，其输出电压值与被检测电流有唯一的对应关系，具体对应关系可以根据需要进行设定，具体为本技术领域人员所熟知，此处不再赘述。当电流低于Ilimit时，比较器输出状态对应开关器件K接通。当电流超过Ilimit时，电流检测电流产生的信号可使得比较器输出取反，近而使得开关器件K分断。整个限流保护电路是一个浮地***，MCU芯片、数模转换器DA、比较器及电路检测电路共用一个参考地。MCU芯片与上位机之间需要隔离，开关器件驱动器或者开关器件K本身需要带隔离。电流检测电路和开关器件K的控制完全有硬件电路本身完成，这样限流保护更为可靠，而且纯硬件***的整个保护时间更快。
如图10所示，使用分流器Shunt作为电流检测电路，分流器一侧接限流***的参考地，分流器实质为一个高精度电阻器。当电流流过分流器后会在其两端产生压降，根据该压降便可得知电流的大小。例如，分流器的电阻为1mΩ，限流保护需要在5000A时触发保护(Ilimit＝5000A)。MCU芯片令数模转换器DA输出5V的参考电压。当电流低于5000A时，分流器两端压降低于5V，开关器件K处于闭合状态。一旦电流超过5000A，比较器输出反转，开关器件K分断，将5000A的电流切断。
如图11所示，使用霍尔传感器进行电流检测，霍尔传感器一个输出端接限流***的参考地。霍尔传感器的输出信号与电流大小有确定的函数关系。电路的工作原理与图10中的分流器相似。当电流超限后，霍尔传感器输出电压高于数模转换器DA输出的参考电压，比较器反转，开关器件K分断从而完成保护。具体实施时，图9～图11中，MCU芯片、数模转换器DA、比较器以及开关器件驱动器均可以采用现有常用的结构形式，具体类型可以根据需要进行选择，此处不再赘述。
本发明在功率半导体器件的动态测试电路中电源VR的放电通路上设置限流保护电路。当测试过程中测试电流值超过电流保护限值Ilimit后，通过开关器件K的关断可以在极短的时间之内将释放能量的通道切断，避免由于能量释放失控而引起的被测器件***或将测试***损坏；从而保证测试异常时可以及时将大电流切断，避免电容器的能量释放失控，极大地提高了测试的安全性；避免了样品***的发生，一方面利于被待测开关器件的后续失效分析，也可以减小***在防爆设计时所带来的对成本及性能等方面的牺牲，避免了测试中由于测试异常而损坏，提高了测试电路的可靠性和寿命。

Claims (6)

1.一种功率器件动态测试的限流保护方法，包括能对功率器件进行所需动态测试的测试电路；其特征是：还包括与测试电路适配限流保护电路，所述限流保护电路包括用于检测测试电路中测试电流的电流检测电路、能控制电源与被测功率器件连接状态的开关器件K以及用于控制开关器件K开关状态的控制器；
所述控制器内预设有电流保护限值Ilimit，控制器采集电流检测电路检测的测试电流值，若测试电流值大于控制器内的电流保护限值Ilimit时，控制器能使得开关器件K处于断开状态，以切断电源的低阻放电通道。
2.根据权利要求1所述的功率器件动态测试的限流保护方法，其特征是：所述开关器件K包括继电器或功率半导体器件；所述继电器为机械式继电器或固态继电器；所述功率半导体器件为IGBT、MOSFET、GTO、IGCT、HEMT或BJT。
3.根据权利要求1所述的功率器件动态测试的限流保护方法，其特征是：所述测试电路对功率器件进行双脉冲测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT-SW、待测二极管DUT-D、电感L1、电源VGG1以及电源VGG2；所述待测二极管DUT-D的阳极端、电感L1的一端与待测开关器件DUT-SW的第一端连接，待测开关器件DUT-SW的第二端接地，电源VGG1的负极端以及电源VGG2的正极端接地，电源VGG1的正极端与电阻R1的一端连接，电源VGG2的负极端与电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端、电阻R2的另一端能通过开关S1与待测开关器件DUT-SW的栅极端连接；待测开关器件DUT-SW的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT-SW的第二端为发射极或源极；
待测二极管DUT-D的阴极端、电感L1的另一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；开关器件K的控制端与控制器的输出端连接，控制器的输入端与电流检测电路的输出端连接。
4.根据权利要求1所述的功率器件动态测试的限流保护方法，其特征是：所述测试电路对功率器件进行短路安全工作区测试时，所述测试电路包括待测开关器件DUT，所述待测开关器件DUT的栅极端与电阻R3的一端、电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与电源VGG3的正极端连接，电源VGG3的负极端、电阻R4的另一端以及待测开关器件DUT的第二端接地，待测开关器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路的另一端通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极。
5.根据权利要求1所述的功率器件动态测试的限流保护方法，其特征是：所述测试电路对功率器件进行反偏安全工作区测试时，所述测试电路包括待测器件DUT、电源VGG4以及电源VGG5，待测开关器件DUT的第二端、电源VGG4的负极端、电源VGG5的正极端均接地，电源VGG4的正极端与电阻R6的一端连接，电源VGG5的负极端与电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端、电阻R6的另一端能通开关S2与待测器件DUT的栅极端连接；待测开关器件DUT的第一端为集电极或漏极，待测开关器件DUT的第二端为发射极或源极；
待测器件DUT的第一端与电流检测电路的一端连接，电流检测电路通过开关器件K与二极管D1的阳极端、电感L2的一端连接，二极管D1的阴极端与电源VCE的阳极端连接，电源VCE的阴极端接地，电感L2的另一端与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地。
6.根据权利要求1所述的功率器件动态测试的限流保护方法，其特征是：所述测试电路对功率器件进行雪崩耐量测试时，所述测试电路包括待测器件DUT，所述待测器件DUT的栅极端与电阻R7的一端、电阻R8的一端连接，电阻R7的另一端与电源VGG7的正极端连接，待测器件DUT的第二端、电源VGG7的负极端以及电阻R8的另一端接地；
待测器件DUT的第一端与电感L3的一端连接，电感L3的另一端与二极管D2的阴极端以及电流检测电路连接，电流检测电路通过开关器件K与电源VR的正极端连接，电源VR的负极端接地，二极管D2的阳极端接地。
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