CN113092993A - 一种桥式功率模块的反偏测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及测试电路领域，尤其涉及一种桥式功率模块的反偏测试电路，包括电源，所述电源的电路上串联被测的半桥功率模块，所述半桥功率模块的电路上并联上分压电阻与下分压电阻以组成其分压电路，所述半桥功率模块包括相串联的上桥臂功率器件与下桥臂功率器件，在所述下桥臂功率器件的电路上以及下分压电阻的电路上分别连接有采样反偏漏电流的电流检测模块，本发明可以实现上下桥臂功率器件的同时测量,相比与目前所采用的上下桥分开测的方法，节省了一半的时间；在本测试方法中，采样电路全部在低边，相比于高边电流采样，电路结构简单，易于实现，成本更低。

Description

一种桥式功率模块的反偏测试电路

技术领域

本发明涉及测试电路领域，尤其涉及一种桥式功率模块的反偏测试电路。

背景技术

为了更高的集成度和更好的性能，我们把多个功率器件如金属-氧化物半导体场效应晶体管MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、功率二极管以及绝缘栅双极型晶体管IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)封装在一个模块中，成为功率模块。其中以桥式结构最为普遍。如两个单元的功率器件构成上下桥的半桥模块，四个单元功率器件构成的全桥模块，以及六个单元功率器件构成的三相全桥模块等。

为了品质控制，剔除早期失效，通常在出厂前要进行一定时间的老化试验。其中一定温度，湿度条件下的反偏试验是其中最主要的老化试验。反偏试验是在每个功率器件截止的状态下施加一定的电压，通过检测相应功率器件的漏电流来检测该功率器件的状态，如果漏电流超过限制，则认为该器件失效。在反偏试验，特别是高压桥式功率模块的反偏试验中，目前通常是先给上桥臂的器件施加反偏电压进行测试，完成后再给下桥臂的器件施加同样的反偏电压测试，这是非常浪费时间的。例如，要对一个桥式功率模块施加一个8小时的老化试验，如果先测上桥臂器件再测下桥臂器件，那么总共需要16个小时。如果可以同时进行上下桥臂的反偏测试，将大大节省时间。图1所示为目前所采用的同时进行上下桥臂测试的电路图。该类方法的主要问题是需要在高压端采样漏电流以及负压端采样电流，***复杂，成本高，所以没有被广泛采用。

发明内容

本发明的目的是为了解决背景技术中存在的需要在高压端采样漏电流以及负压端采样电流，***复杂，成本高的问题，而提出的一种桥式功率模块的反偏测试电路。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种桥式功率模块的反偏测试电路，包括电源，所述电源的电路上串联被测的半桥功率模块，所述半桥功率模块的电路上并联上分压电阻与下分压电阻以组成其分压电路，所述半桥功率模块包括相串联的上桥臂功率器件与下桥臂功率器件，在所述下桥臂功率器件的电路上以及下分压电阻的电路上分别连接有采样反偏漏电流的电流检测模块。

优选的，位于所述下桥臂功率器件上的电流检测模块包括第一电流采样电阻，所述第一电流采样电阻与下桥臂功率器件相串联。

优选的，所述第一电流采样电阻的电路上并联有第一信号处理电路。

优选的，位于所述下分压电阻上的电流检测模块包括第二电流采样电阻，所述第二电流采样电阻与下分压电阻相串联。

优选的，所述第二电流采样电阻的电路上并联有第二信号处理电路。

优选的，位于所述下分压电阻上的电流检测模块包括穿串联的第一分压电阻与第二分压电阻，所述第一分压电阻与第二分压电阻共同并联在下分压电阻的电路上。

优选的，所述第二分压电阻的电路上并联有第三信号处理电路。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、可以实现上下桥臂功率器件的同时测量，相比与目前所采用的上下桥分开测的方法，节省了一半的时间。

2、本测试方法中，采样电路全部在低边，相比于高边电流采样，电路结构简单，易于实现，成本更低。

附图说明

图1为现有技术中的一种反偏测试电路的示意图；

图2为本发明一种桥式功率模块的反偏测试电路的以半桥功率模块为例实施示意图；

图3为本发明一种桥式功率模块的反偏测试电路的另一种实施方式示意图；

图4为本发明一种桥式功率模块的反偏测试电路的等效电路示意图；

图5为本发明一种桥式功率模块的反偏测试电路的以全桥功率模块为例实施示意图；

图6为本发明一种桥式功率模块的反偏测试电路的以三相全桥功率模块为例实施示意图。

图中：1、半桥功率模块；1a、上桥臂功率器件；1b、下桥臂功率器件；2、第一电流采样电阻；3、上分压电阻；4、下分压电阻；5、第二电流采样电阻；6、电源；7、第一信号处理电路；8、第二信号处理电路；9、第三信号处理电路；10、第一分压电阻；11、第二分压电阻。

具体实施方式

以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。

实施例1

本发明提供的一种反偏测试电路，如图2示，以半桥功率模块1为例，图中，包括电源6，电源6的电路上串联被测的半桥功率模块1，半桥功率模块1的电路上并联上分压电阻3与下分压电阻4以组成其分压电路，半桥功率模块1包括相串联的上桥臂功率器件1a与下桥臂功率器件1b，在下桥臂功率器件1b的电路上以及下分压电阻4的电路上分别连接有采样反偏漏电流的电流检测模块，位于下桥臂功率器件1b上的电流检测模块包括第一电流采样电阻2，第一电流采样电阻2与下桥臂功率器件1b相串联，第一电流采样电阻2的电路上并联有第一信号处理电路7，位于下分压电阻4上的电流检测模块包括第二电流采样电阻5，第二电流采样电阻5与下分压电阻4相串联，第二电流采样电阻5的电路上并联有第二信号处理电路8。

第一电流采样电阻2用于采样功率下桥臂功率器件1b的反偏漏电流，第一电流采样电阻2并不仅限于电流采样电阻，也可以为其他形式的电流检测手段，上分压电阻3与下分压电阻4组成为一个分压电路，第二电流采样电阻5用于采样下分压电阻4流过的电流，第二电流采样电阻5也可以为其他形式的电流检测手段。电源6用于向半桥功率模块1施加反偏电压，第一信号处理电路7用于把第一电流采样电阻2上的电压信号进行滤波放大，第二信号处理电路8用于把第二电流采样电阻5上的电压信号滤波放大。

实施例2

图3为本发明提供的反偏测试电路的另一种实施方式，包括电源6，电源6的电路上串联被测的半桥功率模块1，半桥功率模块1的电路上并联上分压电阻3与下分压电阻4以组成其分压电路，半桥功率模块1包括相串联的上桥臂功率器件1a与下桥臂功率器件1b，在下桥臂功率器件1b的电路上以及下分压电阻4的电路上分别连接有采样反偏漏电流的电流检测模块，位于下桥臂功率器件1b上的电流检测模块包括第一电流采样电阻2，第一电流采样电阻2与下桥臂功率器件1b相串联，第一电流采样电阻2的电路上并联有第一信号处理电路7，位于下分压电阻4上的电流检测模块包括穿串联的第一分压电阻10与第二分压电阻11，第一分压电阻10与第二分压电阻11共同并联在下分压电阻4的电路上，第二分压电阻11的电路上并联有第三信号处理电路9。

其中第一分压电阻10与第二分压电阻11用于采样下分压电阻的电压信号，第三信号处理电路9用于把第二分压电阻11上的电压信号滤波放大。

本发明的检测原理如下：

在反偏状态下，功率器件的漏电流通常是非常小的，一般为微安级。所以此时功率器件的等效阻抗是非常大的。功率器件反偏时的等效阻抗可以为功率器件的反偏电压除以功率器件反偏时的漏电流。这里设上桥臂功率器件1a的反偏电压为UUP，下桥臂功率器件1b的反偏电压UDOWN,上桥臂功率器件1a的反偏漏电流为ILUP,下桥臂功率器件1b的反偏漏电流为ILDOWN.这样上桥臂功率器件1a的等效阻抗RLUP为：

RLUP＝UUP/ILUP

下桥臂功率器件1b的等效阻抗为RLDOWN为：

RLDOWN＝UDOWN/ILDOWN；

再设上分压电阻3的阻值为R3，上分压电阻3的电压为U3，流过上分压电阻3的电流为I3，下分压电阻4的阻值为R4，下分压电阻4的电压为U4,流过下分压电阻4的电流为I4。在本发明电路中设定R3,R4的阻值远远小于RLUP，RLDOWN。即：

R3<<RLUP,R4<<RLDOWN；

再设反偏电压源即电源6的电压值为U，本发明的测试电路可以等效为图4，设RUP为R3与RLUP的并联阻抗：

RUP＝1/(1/R3+1/RLUP)

因为R3<<RLUP,所以RUP≈R3，

设RDOWN为R4与RLDOWN的并联阻抗，

RDWON＝1/(1/R4+1/RLDWON)

因为R4<<RLDWON,所以RDOWN≈R4，

根据分压定理，我们可以得到：

U4＝U*RDOWN/(RUP+RDOWN)＝U*R4/(R3+R4),U3＝U-U4＝U*R3/(R3+R4)。

U3为上桥功率器件1a的反偏电压，U4为下桥功率器件1b的反偏电压，通过调整R3、R4，以及电压U的值，就可以得到需要的U3和U4。通常情况下，对桥式功率模块，上桥功率器件1a和下桥功率器件1b的电压等级是一样的，所以反偏测试时，所需要的电压也是一定值，假设该反偏电压为UCES，那么可以把电源6的电压设为：U＝2*UCES，并且电阻R3,R4设为R3＝R4，则可以得到U3＝U4＝UCES。

在图2的测试电路中，我们通过第一电流采样电阻2可以得到下桥臂功率器件1b的漏电流ILDOWN，通过第二电流采样电阻5得到R4的电流I4。只需要计算得到上桥臂功率器件1a的反偏漏电电流值ILUP：

I3＝U3/R3＝(U-I4*R4)/R3

Im＝I3-I4，ILUP＝ILDOWN-Im

ILUP＝ILDOWN+I4-I3＝ILDOWN+I4-(U-I4*R4)/R3

由此我们就可以计算得到上桥臂功率器件1a的反偏漏电流值。

同理，在图3的测试电路中，我们通过第一电流采样电阻2可以得到下桥臂功率器件1b的漏电流ILDOWN，通过采样第一分压电阻10和第二分压电阻11得到R4的电压U4，这样也可以由如下公式计算的得到ILUP：

I4＝U4/R4,I3＝(U-U4)/R3，Im＝I3-I4，

ILUP＝ILDOWN+U4/R4-(U-U4)/R3，

相应的对于全桥功率模块可以采用图5所示的电路，对于三相全桥功率模块可以采用图6所示的电路。

该电路可以实现上下桥臂功率器件的同时测量,相比与目前所采用的上下桥分开测的方法，节省了一半的时间；在本测试方法中，采样电路全部在低边，相比于高边电流采样，电路结构简单，易于实现，成本更低。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (7)

1.一种桥式功率模块的反偏测试电路，包括电源(6)，其特征在于：所述电源(6)的电路上串联被测的半桥功率模块(1)，所述半桥功率模块(1)的电路上并联上分压电阻(3)与下分压电阻(4)以组成其分压电路，所述半桥功率模块(1)包括相串联的上桥臂功率器件(1a)与下桥臂功率器件(1b)，在所述下桥臂功率器件(1b)的电路上以及下分压电阻(4)的电路上分别连接有采样反偏漏电流的电流检测模块。

2.根据权利要求1所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：位于所述下桥臂功率器件(1b)上的电流检测模块包括第一电流采样电阻(2)，所述第一电流采样电阻(2)与下桥臂功率器件(1b)相串联。

3.根据权利要求2所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：所述第一电流采样电阻(2)的电路上并联有第一信号处理电路(7)。

4.根据权利要求1所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：位于所述下分压电阻(4)上的电流检测模块包括第二电流采样电阻(5)，所述第二电流采样电阻(5)与下分压电阻(4)相串联。

5.根据权利要求4所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：所述第二电流采样电阻(5)的电路上并联有第二信号处理电路(8)。

6.根据权利要求1所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：位于所述下分压电阻(4)上的电流检测模块包括穿串联的第一分压电阻(10)与第二分压电阻(11)，所述第一分压电阻(10)与第二分压电阻(11)共同并联在下分压电阻(4)的电路上。

7.根据权利要求6所述的一种桥式功率模块的反偏测试电路，其特征在于：所述第二分压电阻(11)的电路上并联有第三信号处理电路(9)。

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