CN218630071U - 功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，用于实现功率半导体器件的输入电阻、输入电容、输出电容、反向电容在不同直流偏置电压条件下的多通道扫描测试，包括控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路。该功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪将控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路集成于单台仪器中，操作简单、维护方便，制作成本更低，大大提高了测试精度及测试效率。
Description
技术领域
本实用新型主要应用于功率半导体器件(例如MOSFET、IGBT等)的输入电阻Rg、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向电容Crss在直流偏置电压下多通道扫描测试，尤其涉及一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪。
背景技术
随着我国新能源汽车、光伏发电储能行业的飞速发展，功率半导体器件(MOSFET，IGBT等)的应用越来越广，需求越来越大，性能越来越高。功率半导体器件的小型化和高功率密度是发展的主要方向，要求功率半导体器件工作在更高的频率上。由于功率半导体器件的电阻电容参数会影响到产品的频率特性，因此越来越受到重视。以MOSFET为例，输入电阻Rg、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向电容Crss会直接影响到功率半导体器件的开关特性。
目前市场上的电阻电容测试设备均由独立功能单机通过上位机软件进行***集成。功能单机主要包括：LCR测试仪、栅极偏压电源、漏极偏压电源，隔离开关矩阵、工业电脑等。***集成方案的缺点是：精度差，效率低，成本高，体积大，操作复杂，维护困难，无法满足客户对功率器件电阻电容参数精确测量。
实用新型内容
为了解决上述问题，本实用新型公开了一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，实现了功率半导体输入电阻Rg、输入电容Ciss、输出电容Coss、反向电容Crss在偏压条件下多通道扫描测试。
本实用新型提供一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，用于实现功率半导体器件的输入电阻、输入电容、输出电容、反向电容在不同直流偏置电压条件下的多通道扫描测试，包括控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路；
控制电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、多通道隔离开关矩阵电路相连接，多通道隔离开关矩阵电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、被测功率件相连接。
其中，所述LCR测试电路用于在设定的测试电平、测试频率、偏置电压下实现功率半导体器件输入电阻、输入电容、输出电容、反向电容的参数测试。
其中，所述栅极偏压电路用于提供一组宽范围可调的正负直流电源，以适应不同类型的功率器件，施加于功率半导体器件的栅极和源极之间，实现对半导体功率器件的通断控制。
其中，所述漏极直流电压偏置电路用于提供一组宽范围可调的直流电源，施加于功率半导体器件的漏极和源极之间，作为功率器件的漏极和源极之间的偏置电压。
其中，所述多通道隔离开关矩阵电路通过继电器矩阵切换，实现对功率半导体器件不同电阻电容参数的电路切换，同时通过继电器矩阵实现多个半导体功率器件的多通道扫描测试。
其中，所述控制电路实现LCR测试电路参数的设置，栅极偏压电路和漏极偏压电路的控制，多通道隔离开关矩阵电路的通道和参数的切换，并完成功率半导体器件参数的测试。
本实用新型的有益效果是：该功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪将控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路集成于单台仪器中，操作简单、维护方便，制作成本更低，大大提高了测试精度及测试效率。
附图说明
图1为本实用新型的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪的***框图；
图2为本实用新型的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪的电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的较佳实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易被本领域人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1所示的一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，包括控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路，控制电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、多通道隔离开关矩阵电路相连接，多通道隔离开关矩阵电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、被测功率件相连接。
本实用新型可以实现MOSFET、IGBT模块多通道扫描测试，包含单通道测试应用。本实用新型以MOSFET为例进行说明，同样也适用于IGBT和功率三极管，不限制本实用新型的应用范围。
所述的控制电路由MCU、FPGA、CPLD构成，用于对各个模块进行控制和进行数据的计算分析。控制电路连接有LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、多通道隔离开关矩阵电路。
如图2所示，LCR测试电路用于信号源的产生、电压信号的采样，以便送给控制电路进行阻抗的计算。LCR测试电路由交流信号源Vs、限流电阻R4、平衡运放U1、可变电阻R3、电压采样电路Vu、电压采样电路Vi组成。交流信号源Vs产生正弦交流信号，它的幅值和频率由面板设置决定。交流信号源Vs与限流电阻R4连接。限流电阻R4限制信号源输出的电流上限，防止外部短路烧坏信号源电路或被测件。限流电阻R4一端与交流信号源Vs连接，另外一端与继电器矩阵连接(如通道1的S14)。平衡运放U1的2脚与继电器矩阵(如通道1的S11)连接，也与可变电阻R3连接；平衡运放U1的3脚与地连接；平衡运放U1的6脚与可变电阻R3另一端。根据运算放大器的工作原理可知流过被测件的电流全部从可变电阻R3流过。可变电阻R3可根据流过电流的不同调节电阻大小，使可变电阻R3两端的电压在一定范围内，有利于提高测量精度。电压采样电路Vu两端都与继电器矩阵连接(如通道1所示，一端接S12，一端接S13)，用于采样被测件两端的电压送给控制电路处理。电压采样电路Vi两端分别与可变电阻R3两端连接，用于采样可变电阻R3两端电压送给控制电路处理。
栅极偏压电路用于给功率半导体器件栅极提供偏置电压，使功率半导体处于不同程度的导通状态。如图2所示，栅极偏压电路与信号源连接。栅极偏压电路是一个直流电压源。
漏极偏压电路用于给功率半导体漏极提供偏置电压。如图2所示，漏极偏压电路由高压直流电源电路和限流电阻R1组成。高压直流电源电路与限流电阻R1一端连接。高压电源电路产生直流电电压。限流电阻R1另一端与继电器矩阵(如通道1的S18)连接，用于限制高压直流电源的最大输出电流，用于保护仪器。
多通道隔离开关矩阵电路用于不同通道、不同参数测试时的信号切换。以通道1的Ciss为例：S18一端与限流电阻R1连接，一端与测试点D连接，用于控制直流电压的接入；S14一端接限流电阻R4连接，一端与测试点G连接，S11一端与平衡运放U1的2脚连接，一端与S16的2脚连接，用于控制交流信号源是否接入通道1；S13一端与电压采样电路Vu连接，一端与测试点G连接，S12一端与电压采样电路Vu连接，一端与S15的2脚连接，S12、S13用于控制电压采样电路Vu是否接入通道1；S15、S16是单刀双掷继电器，它们2脚连接如前所述，S15的1脚连接测试点S，3脚连接隔直电容C13，S16的1脚连接测试点S，3脚连接隔直电容C12，S15、S16用于控制测试点D还是S接入LCR测试电路；隔直电容C12、C13一端连接如前所述，另一端连接为测试点D上，用于防止漏极偏置电压施加到LCR测试电路中，影响LCR测试电路测试；S17一端与测试点D连接，一端与短路电容S17连接，短路电容S17另一端与测试点S连接，短路电容是使DS短路。
下面举例进行说明，如图2所示，测试为1通道，测试参数为Ciss，测试频率为1MHz，测试电平为100mV，漏极偏压Vds为1500V，栅极偏置电压为0V；
测试步骤如下：
步骤1：接通开关S11、S12、S13、S14、S18，连接通道1；
步骤2：接通S15的1和2接口，接通S16的1和2接口，S17接通，对被测件DUT1的Ciss参数测试做好准备；
步骤3：控制交流信号源测试频率为1MHz；
步骤4：控制交流信号源测试电平为100mV；
步骤5：控制栅极偏压电源输出0V，施加到被测件DUT1的栅极和源极之间；
步骤6：控制漏极偏压电源输出1500V，施加到被测件DUT1的漏极和源极之间；
步骤7：等待偏置电压稳定后，控制LCR测试电容参数Ciss；
步骤8：测试结果送仪器显示或者根据客户需要通过接口发送到上位机；
重复上述步骤1到步骤8直到完成其他设定通道被测件参数的测试。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (6)
1.一种功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：用于实现功率半导体器件的输入电阻、输入电容、输出电容、反向电容在不同直流偏置电压条件下的多通道扫描测试，包括控制电路、LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路及多通道隔离开关矩阵电路；
控制电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、多通道隔离开关矩阵电路相连接，多通道隔离开关矩阵电路分别与LCR测试电路、栅极偏压电路、漏极偏压电路、被测功率件相连接。
2.根据权利要求1所述的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：所述LCR测试电路用于在设定的测试电平、测试频率、偏置电压下实现功率半导体器件输入电阻、输入电容、输出电容、反向电容的参数测试。
3.根据权利要求1所述的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：所述栅极偏压电路用于提供一组宽范围可调的正负直流电源，施加于功率半导体器件的栅极和源极之间，实现对半导体功率器件的通断控制。
4.根据权利要求1所述的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：所述漏极直流电压偏置电路用于提供一组宽范围可调的直流电源，施加于功率半导体器件的漏极和源极之间，作为功率器件的漏极和源极之间的偏置电压。
5.根据权利要求1所述的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：所述多通道隔离开关矩阵电路通过继电器矩阵切换，实现对功率半导体器件不同电阻电容参数的电路切换，同时通过继电器矩阵实现多个半导体功率器件的多通道扫描测试。
6.根据权利要求1所述的功率半导体器件电阻电容一体化单机测试仪，其特征在于：所述控制电路实现LCR测试电路参数的设置，栅极偏压电路和漏极偏压电路的控制，多通道隔离开关矩阵电路的通道和参数的切换，并完成功率半导体器件参数的测试。
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