CN202815167U - 一种双脉冲igbt测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种双脉冲IGBT测试装置，包括用于向数据采集模块发送双脉冲控制信号以及用于对示波器的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对IGBT信号监控调理板实时监控的处理模块、用于采集IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流、电压波形发至处理模块的示波器、用于在接收到双脉冲控制信号时向IGBT信号监控调理板发送双脉冲信号，并采集IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号至处理模块的数据采集模块、以及用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器的IGBT信号监控调理板。本实用新型具有测试过程自动化，控制灵活，测试过程安全可靠，数据分析便捷且数据追溯性好等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种IGBT测试装置，特别是涉及一种双脉冲IGBT测试装置。
背景技术
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600V及以上的变流***如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。
近年来，电子工业不断发展功率元件及***，而电力电子工业中使用IGBT装置的数量也急速增加。半导体及电力产品的制造商均希望在这些具有IGBT装置的产品生产过程中能有较好的效率及较低的工业制程的成本，因而从产品的研发到最后产品品质的控制过程都必须得到的完善控制。为达到以上的目的，产品的测试相对地变的非常重要，且必需准确及可靠。对在生产过程而言，测试设备须具备多样的特点来配合不同的测试需求。研发工程师需要知道产品的特性以便于其设计，生产的人员则须要快速且容易使用的工具，以加快他们的生产制程，品质管制人员则需要检查他们所组合的产品的特性及收集他们的结果来做统计分析。
通常IGBT都有相应的数据手册，但实际上，数据手册中所描述的参数是基于一些已经给定的外部参数测试得来的，而实际应用中的外部参数都是各有差异的，因此这些参数有些是不能拿来直接用的。设计中要得到在实际情况下的参数需要通过测试来实现。
目前测试IGBT开关行为参数的方法大部分为双脉冲测试法，一般是通过示波器，万用表，信号发生器，电流表等工具手动测量。但以上的双脉冲测试方法，一般采用人工测量方法，效率低下，由于信号为高压、高电流，因此安全性低，而且数据分析非常复杂，虽然数据可以通过示波器上的USB接口保存下来，但是输入条件无法同时保存，需要后续手工编辑，因此有可能产生由于人的疲劳带来的随机性错误。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种双脉冲IGBT测试装置，用于解决现有技术中对IGBT测试的效率低下，安全性低，数据分析比较复杂等问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种双脉冲IGBT测试装置，所述测试装置至少包括：
处理模块、示波器、数据采集模块、IGBT信号监控调理板；
所述处理模块连接于所述数据采集模块及示波器，用于向所述数据采集模块发送双脉冲控制信号以及用于对所述示波器的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对所述IGBT信号监控调理板实时监控；
所述数据采集模块连接于所述处理模块及所述IGBT信号监控调理板，用于在接收到双脉冲控制信号时向所述IGBT信号监控调理板发送双脉冲信号，并采集所述IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号至所述处理模块；
所述IGBT信号监控调理板连接于所述数据采集模块及示波器，用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器；
所述示波器连接于所述IGBT信号监控调理板及处理模块，用于采集IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流波形及电压波形发送给所述处理模块。
在本实用新型的双脉冲IGBT测试装置中，所述测试装置还包括连接于所述处理模块及示波器的隔离电源。
在本实用新型的双脉冲IGBT测试装置中，所述IGBT信号监控调理板至少包括串联的储能电容、第一IGBT及第二IGBT、并联于所述第一IGBT的电感、并联于所述储能电容的高压电源、连接于第二IGBT的驱动器、连接于所述第一IGBT及所述驱动器的电源模块以及连接于所述驱动器的双脉冲监听保护装置。
优选地，所述电感为空心电感线圈，所述电源模块为程控电源。
在本实用新型的双脉冲IGBT测试装置中，所述IGBT信号监控调理板还包括连接于所述储能电容及高压电源的高压保护电路，所述高压保护电路包括并联的第一负载及第二负载，且所述第一负载串联有上电开关，所述第二负载串联有紧急开关，所述第一负载用于测试装置正常运行时释放所述储能电容的电量，所述第二负载用于在紧急开关接收到紧急开关信号时释放所述储能电容的电量。
优选地，所述第一负载及第二负载为功率泄放电阻，所述紧急开关为IGBT开关管。
作为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的一种优选方案，所述测试装置还包括包裹所述测试装置的屏蔽罩，所述屏蔽罩装设有一防触电装置，该防触电装置用于在屏蔽罩打开时切断所述高压电源及所述储能电容的连接，并向所述紧急开关发送紧急开关信号。
如上所述，本实用新型提供一种双脉冲IGBT测试装置，包括用于向所述数据采集模块发送双脉冲控制信号以及用于对所述示波器的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对所述IGBT信号监控调理板实时监控的处理模块、用于采集IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流波形及电压波形发送给所述处理模块的示波器、用于在接收到双脉冲控制信号时向所述IGBT信号监控调理板发送双脉冲信号，并采集所述IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号至所述处理模块的数据采集模块、以及用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器的IGBT信号监控调理板。本实用新型具有以下有益效果：1）控制灵活：利用计算机控制两个脉冲的宽度，第一个脉冲使IGBT达到一定的电流，脉冲宽度为1us~2ms，可灵活变化，第二个脉冲，使IGBT在预期电流上进行开关动作，0.1us~100us灵活可调，两个脉冲间隔也可以用计算机进行控制，1us~20us灵活可调；计算机与示波器基于LAN通信或GPIB通信，观测IGBT动态特性波形，并根据特性曲线进行自动进行微积分运算，得出IGBT的动态特性参数，判断IGBT的动态特性是否合格；2）双重安全控制：在给IGBT施加驱动电压时，时间控制要非常精准，如果IGBT打开时间过长有可能导致IGBT的损坏，因此双重安全保证非常重要，本***搭载专门的检测用单片机，实时监测双脉冲的宽度是否与预设的宽度相同，如果出现不一致，立即关断输出，保证安全；3）数据分析便捷：IGBT动态特性测试得到的曲线可以通过软件自动计算，直接得出测试结果并显示在上位机界面上；4）追溯性好：测试完成后有数据保存记录，数据保存会把所有的输入条件以及测试结果一并保存下来，便于后续对IGBT进行分析，追溯性好。
附图说明
图1显示为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的模块结构示意图。
图2显示为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的具体结构示意图。
图3显示为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的隔离电源结构示意图。
图4显示为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的IGBT信号监控调理板结构示意图。
图5显示为本实用新型的双脉冲IGBT测试装置的工作时序示意图。
元件标号说明
10 处理模块
11 数据采集模块
12 IGBT信号监控调理板
13 示波器
121 储能电容
122 第一IGBT
123 第二IGBT
124 电感
125 驱动器
126 电源模块
127 高压电源
128 高压保护电路
129 监听保护装置
20 隔离电源
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅1~图5。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1~图4所示，本实施例提供一种双脉冲IGBT测试装置，所述测试装置至少包括：
处理模块10、示波器13、数据采集模块11、IGBT信号监控调理板12；
所述处理模块10连接于所述数据采集模块11及示波器13，用于向所述数据采集模块11发送双脉冲控制信号以及用于对所述示波器13的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对所述IGBT信号监控调理板12实时监控；
所述数据采集模块11连接于所述处理模块10及所述IGBT信号监控调理板12，用于在接收到双脉冲控制信号时向所述IGBT信号监控调理板12发送双脉冲信号，并采集所述IGBT信号监控调理板12的电流信号及电压信号至所述处理模块10；
所述IGBT信号监控调理板12连接于所述数据采集模块11及示波器13，用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器13；
所述示波器13连接于所述IGBT信号监控调理板12及处理模块10，用于采集IGBT信号监控调理板12的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流波形及电压波形发送给所述处理模块10。
图2为一具体的测试装置示例图，所述处理模块10的功能通过计算机实现，所述数据采集模块11为数据采集卡，所述IGBT信号监控调理板12及示波器13及各部件的连接关系如图所示。
在本实施例中，所述测试装置还包括连接于所述处理模块10及示波器13的隔离电源，如图3所示。所述隔离电源是使用变压器将220V电压通过变压器将电压降到较低的电压，然后再整流成直流电输出供计算机及示波器使用。因为变压器的主线圈承受220V电压，次级线圈只承受输出的低交流电压，并且主次线圈之间并不直接连接。隔离电源可以将双脉冲测试***与其他用电设备（示波器和计算机）隔离开来，使整个实验室规划更安全，更合理。隔离电源的选择指标主要是能够提供足够的功率。
如图4所示，所述IGBT信号监控调理板12至少包括串联的储能电容121、第一IGBT122及第二IGBT123、并联于所述第一IGBT122的电感124、并联于所述储能电容121的高压电源127、连接于第二IGBT123的驱动器125、连接于所述第一IGBT122及所述驱动器125的电源模块126以及连接于所述驱动器125用于监听在双脉冲信号下测试电路是否正常工作双脉冲监听保护装置129。在本实施例中，所述电感124为空心电感124线圈，所述电源模块126为程控电源。
所述IGBT信号监控调理板12还包括连接于所述储能电容121及高压电源127的高压保护电路128，所述高压保护电路128包括并联的第一负载及第二负载，且所述第一负载串联有上电开关，所述第二负载串联有紧急开关，所述第一负载用于测试装置正常运行时释放所述储能电容121的电量，所述第二负载用于在紧急开关接收到紧急开关信号时释放所述储能电容121的电量。在本实施例中，所述第一负载及第二负载为功率泄放电阻，所述紧急开关为IGBT开关管。
所述测试装置还包括包裹所述测试装置的屏蔽罩，所述屏蔽罩装设有一防触电装置，该防触电装置用于在屏蔽罩打开时切断所述高压电源127及所述储能电容121的连接，并向所述紧急开关发送紧急开关信号。该设备的主要功能是在屏蔽罩开启后（屏蔽罩开启通过行程开关等一些机械装置使防触电设备发挥功能），立即断开屏蔽罩的内部与外部高压电源127的通路。并将内部高压储能电容121上的电荷通过功率泄放电阻迅速放掉，使内部高压回路中的电压为零，设备上的高压指示灯熄灭，电压指示表为零。从而在根本上消除了工作人员实验过程中的触电隐患。
下面具体介绍本实用新型的具体实施过程，包括以下步骤：
1）连接所述处理模块10、示波器13、数据采集模块11以及IGBT信号监控调理板12；
2）通过所述处理模块10控制所述数据采集模块11依次向所述IGBT信号监控调理板12发送第一宽度的第一脉冲及第二宽度的第二脉冲。所述第一脉冲对IGBT信号监控调理板12内的IGBT测试电路进行充电至预设电流，所述第二脉冲对所述IGBT测试电路在所述预设电流下进行开关动作。
具体地，本步骤包括以下子步骤：
2-1）所述驱动器125向所述第二IGBT123的门发送出第一脉冲，使IGBT电路导通，储能电容121的电动势加在电感124上，控制所述第一脉冲的时间使电感124的电流上升至一预设电流值，停止脉冲使IGBT电路关断。此时，所述电感124的电流呈线性上升，电流表达式为：I=U*T1/L。其中，U为存储电容两端的电压，L为电感124，T1为第一脉冲的时间。可见，在第一脉冲的过程中，电感124电流的数值由U和L决定，在U和L都确定时，电流的数值由T1决定，时间越长，电流越大。因此可以根据此公式自主设定所述的预设电流值。在本实施例中，所述第一脉冲的时间为1us~2ms，在一具体的实施过程中，采用第一脉冲的时间为1ms。
2-2）所述驱动器125125向所述第二IGBT123门发送出第二脉冲，使IGBT电路再次导通，IGBT的续流二极管进入反向恢复，反向恢复电流穿过IGBT，并通过示波器13的电流探头探测该反向恢复电流。在第二脉冲的过程中，重点是观察IGBT的开通过程。反向恢复电流是重要的监控对象，该反向恢复电流的形态直接影响到换流过程的许多重要指标。在本实施例中，所述第二脉冲的时间为0.1us~100us，在一具体的实施过程中，所述第二脉冲的时间为5us。
2-3）停止第二脉冲，使IGBT电路再次关断，并通过示波器13的电流探头探探测此时IGBT电路的电流。IGBT电路关断时电流较大，因为母线杂散电感124的存在，会产生一定的电压尖峰，此过程重点是观察IGBT的关断过程。二极管反向恢复电流杂散电感124产生的电压尖峰是重要的监控对象。需要说明的是，该步骤在发送第一脉冲前还包括通过所述高压电源127向所述储能电容121充电的步骤，可以充电至所述储能电容121饱和，也可以根据需求充电至预设的电压。所述储能电容121的主要指标是其耐压值和容量的大小。在容量和耐压值都满足要求的情况下，所述储能电容121的等效内阻ESR和等效电感124ESL越小越好。高耐压值是为了满足覆盖IGBT的集电极与发射极间的电压Vce最大额定耐压值（驱动器125HP1和驱动器125HP2都是650V），大容量是需要满足测试项目中对电流的需求，因为高压电源127的电流输出能力只有0.5A，不能在短时补充电容电荷的损失。在短路实验中HP2需要提供较大的电量，如果电容量小，母线上的电压跌落会非常厉害，故本实施例中采用的储能电容121的容量为1800uF，最大电压降为13V，母线电压最多只跌落5%，可以将该储能电容121看作是恒压源。
在本实施例中，所述步骤2）还包括通过所述数据采集模块11采集IGBT信号监控调理板12的电流信号及电压信号发送至所述处理模块10，以对所述IGBT信号监控调理板12进行实时监控，并在信号异常时关断测试电路的步骤。在一具体的实施过程中，当监听到双脉冲的时间与设定目标的偏差超过1us，则关闭脉冲信号的输出。
所述第一脉冲及第二脉冲之间的时间间隔通过所述处理模块10进行控制，以保证其精确性，在本实施例中，所述时间间隔为1us~20us，且灵活可调。
3）通过所述示波器13对所述IGBT信号监控调理板12产生的电流信号及电压信号进行采集并转换为电流波形及电压波形，然后发送至所述处理模块10。
4）通过所述处理模块10对所述电流波形及电压波形进行分析，以确定被测试的IGBT是否满足器件的技术参数要求。在本实施例中，所述步骤4）还包括对所述处理模块10从示波器13接收到的数据及数据的分析结果进行存储的步骤，此步骤可以便于后续对IGBT进行分析，追溯性好。
图5显示为本实施例的一个实施过程有关参数脉冲电压Vge、IGBT的集电极与发射极间的电压Vce、以及IGBT集电极的电流Ic的监测时序图，在t0~t1阶段，向IGBT发送第一脉冲Vge，Vce为零，电流Ic呈直线上升；在t1~t2阶段，第一脉冲Vge被关闭，Vge为零，Vce上升且基本为恒值，电流Ic为零；在t2~t3阶段，向IGBT发送第二脉冲Vge，经过集电极的电流Ic为反向恢复电流，其随脉冲时间呈线性上升，在t3时刻关闭第二脉冲时，因为母线杂散电感的存在，产生一定的电压尖峰，该电压剑锋容易导致IGBT的击穿，是本阶段重要的监测对象。若各阶段的监测参数值跟预设值一致或基本一致，则可判断该IGBT及格，若监测到的参数值跟预设值偏差较大或者在监测过程中被击穿，则该IGBT不符合使用要求。
综上所述，本实用新型提供一种双脉冲IGBT测试装置，包括用于向所述数据采集模块11发送双脉冲控制信号以及用于对所述示波器13的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对所述IGBT信号监控调理板12实时监控的处理模块10、用于采集IGBT信号监控调理板12的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流波形及电压波形发送给所述处理模块10的示波器13、用于在接收到双脉冲控制信号时向所述IGBT信号监控调理板12发送双脉冲信号，并采集所述IGBT信号监控调理板12的电流信号及电压信号至所述处理模块10的数据采集模块11、以及用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器13的IGBT信号监控调理板12。本实用新型具有以下有益效果：1）控制灵活：利用计算机控制两个脉冲的宽度，第一个脉冲使IGBT达到一定的电流，脉冲宽度为1us~2ms，可灵活变化，第二个脉冲，使IGBT在预期电流上进行开关动作，0.1us~100us灵活可调，两个脉冲间隔也可以用计算机进行控制，1us~20us灵活可调；计算机与示波器13基于LAN通信或GPIB通信，观测IGBT动态特性波形，并根据特性曲线进行自动进行微积分运算，得出IGBT的动态特性参数，判断IGBT的动态特性是否合格；2）双重安全控制：在给IGBT施加驱动电压时，时间控制要非常精准，如果IGBT打开时间过长有可能导致IGBT的损坏，因此双重安全保证非常重要，本***搭载专门的检测用单片机，实时监测双脉冲的宽度是否与预设的宽度相同，如果出现不一致，立即关断输出，保证安全；3）数据分析便捷：IGBT动态特性测试得到的曲线可以通过软件自动计算，直接得出测试结果并显示在上位机界面上；4）追溯性好：测试完成后有数据保存记录，数据保存会把所有的输入条件以及测试结果一并保存下来，便于后续对IGBT进行分析，追溯性好。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (7)
1.一种双脉冲IGBT测试装置，其特征在于，所述测试装置至少包括：
处理模块、示波器、数据采集模块、IGBT信号监控调理板；
所述处理模块连接于所述数据采集模块及示波器，用于向所述数据采集模块发送双脉冲控制信号以及用于对所述示波器的电流波形及电压波形进行分析及存储，并对所述IGBT信号监控调理板实时监控；
所述数据采集模块连接于所述处理模块及所述IGBT信号监控调理板，用于在接收到双脉冲控制信号时向所述IGBT信号监控调理板发送双脉冲信号，并采集所述IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号至所述处理模块；
所述IGBT信号监控调理板连接于所述数据采集模块及示波器，用于在双脉冲信号下对IGBT模块进行测试，并将测试所得的电流信号及电压信号发送到示波器；
所述示波器连接于所述IGBT信号监控调理板及处理模块，用于采集IGBT信号监控调理板的电流信号及电压信号，并将采集后产生的电流波形及电压波形发送给所述处理模块。
2.根据权利要求1所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括连接于所述处理模块及示波器的隔离电源。
3.根据权利要求1所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述IGBT信号监控调理板至少包括串联的储能电容、第一IGBT及第二IGBT、并联于所述第一IGBT的电感、并联于所述储能电容的高压电源、连接于第二IGBT的驱动器、连接于所述第一IGBT及所述驱动器的电源模块以及连接于所述驱动器的双脉冲监听保护装置。
4.根据权利要求3所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述电感为空心电感线圈，所述电源模块为程控电源。
5.根据权利要求3所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述IGBT信号监控调理板还包括连接于所述储能电容及高压电源的高压保护电路，所述高压保护电路包括并联的第一负载及第二负载，且所述第一负载串联有上电开关，所述第二负载串联有紧急开关，所述第一负载用于测试装置正常运行时释放所述储能电容的电量，所述第二负载用于在紧急开关接收到紧急开关信号时释放所述储能电容的电量。
6.根据权利要求5所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述第一负载及第二负载为功率泄放电阻，所述紧急开关为IGBT开关管。
7.根据权利要求5所述的双脉冲IGBT测试装置，其特征在于：所述测试装置还包括包裹所述测试装置的屏蔽罩，所述屏蔽罩装设有一防触电装置，该防触电装置用于在屏蔽罩打开时切断所述高压电源及所述储能电容的连接，并向所述紧急开关发送紧急开关信号。
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