一种智能功率器件测试系统及方法与流程

本发明涉及半导体功率测试，尤其涉及一种智能功率器件测试系统及方法。

背景技术：

1、在半导体功率器件(如si mos、igbt、sic mos及其快恢复二极管或肖特基二极管等)的测试中，双脉冲测试是一种非常基本的测试。主要用来测量功率开关器件的动态开关特性及二极管的恢复特性。

2、目前的测试系统通常和功率器件发射极(漏极)共地。由于功率器件测试通常涉及到高压(1000v以上)，在测试时，经常发生器件突然失效，失效器件会瞬间产生巨大发热，导致管壳炸裂，同时功率器件门极会和高压短路，导致高压和上千安培的电流窜入驱动和控制电路，容易造成设备损坏和人身伤害。同时，炸管时发出的巨大声响也可能造成测试者或附近的人二次伤害。所以，必须做好安全可靠的防护措施。通常，控制单元和驱动器之间的通信通过电气隔离等措施防止器件失效时高压窜入控制系统，但是隔离器件本身也要承受很高的电应力而导致失效，仍然可能造成异常事故的发生。

3、功率器件失效到发生炸管也需要经历一个热量累积的过程。经验表明在10us内及时关闭主回路可以有效避免炸管的发生。现有的保护技术一般是设定一个固定的保护电流，当主回路电流大于保护电流值时关断主回路上的保护igbt。

4、功率器件失效时的波形数据也是功率器件的极限参数的重要参考，在传统的测试系统中，通常以门极信号作为测试示波器的触发信号，也有部分产品使用合成的外触发信号作为示波器的触发信号。在功率器件测试中，特别是器件失效或炸管时，这两种触发信号上都会产生强烈的干扰，严重时示波器会误触发，导致丢失了器件失效时的电压电流波形，从而也就无法分析功率器件炸管的原因。

5、例如，中国专利cn 113534010a公开了一种功率器件的短路测试装置及方法。该装置包括高压电源模块、开关模块、脉冲信号产生模块和测试底座；高压电源模块与开关模块连接，开关模块与测试底座的测试端子连接，开关模块在测试时闭合，将高压电源模块提供的高压电源信号输出至测试端子；脉冲信号产生模块与测试底座的控制端子连接，脉冲信号产生模块用于在测试时提供脉冲信号至控制端子；脉冲信号的脉冲时间可调；测试底座在脉冲信号输出时测试待测试功率器件，直至待测试功率器件短路。

6、例如，中国专利cn113092976a公开了一种射频微波大功率器件测试系统及测试方法，包括：脉冲发生器，用于产生周期性脉冲；微波信号源，用于根据所述周期性脉冲生成射频激励信号，并输入射频微波大功率器件；直流稳压电源，用于提供恒定直流信号；脉冲调制器，用于根据周期性脉冲将恒定直流信号调制为直流脉冲信号，并将直流脉冲信号输入射频微波大功率器件；霍尔电流探头，用于采集射频微波大功率器件上的直流电流并转换为直流电压；高精度数字万用表，用于根据周期性脉冲测量所述直流电压。

7、如上所述，上述现有技术普遍是通过采集电流参数来测试的，均存在容易使得被测试的功率器件发生过流和爆炸的现象。

8、因此，如何对保护电流进行有效地判断，从而提高系统的保护响应速度，是当前还没有解决的技术问题。

9、此外，一方面由于对本领域技术人员的理解存在差异；另一方面由于申请人做出本发明时研究了大量文献和专利，但篇幅所限并未详细罗列所有的细节与内容，然而这绝非本发明不具备这些现有技术的特征，相反本发明已经具备现有技术的所有特征，而且申请人保留在背景技术中增加相关现有技术之权利。

技术实现思路

1、针对现有技术之不足，本发明提供了一种智能功率器件测试系统，所述系统至少包括处理单元、电流监控单元、门极驱动单元和信号发生单元，所述电流监控单元、门极驱动单元和信号发生单元分别与所述处理单元，所述处理单元被配置为：基于所述电流监控单元采集的电流信号检测实时电流斜率参数的变化，在所述实时电流斜率参数大于预设电流斜率的情况下，向所述门极驱动单元发出与关断主回路相关的驱动指令，使得被测试的功率器件的主回路被切断，其中，所述信号发生单元基于所述驱动指令的接收发出示波器采集所述功率器件的相关测试信号的触发信号。

2、本发明采用斜率方式能更快发现故障发生的时刻，而不必等到电流超过设定值，故采用斜率方式进行电流保护能够更快动作，电流峰值更小。在高压短路情况下，电流上升斜率可达上千安培每微秒，关断电流较小能够极大遏制功率器件热累积效应，从而防止炸管事故的发生。

3、优选地，所述处理单元以有线和/或无线的方式与能够发出控制信息的控制单元建立连接。优选地，处理单元以无线的方式与控制单元建立连接。由于使用无线通信的方式，测试人员可以在任何无线信号覆盖的地方进行操作，即使测试过程中发生炸管事故，也不会对测试人员的人身安全造成任何伤害。同时，无线传输速度快，可以及时将处理单元转发的大量测试数据返回给控制单元进行处理。

4、优选地，所述处理单元以时间同步的方式向彼此之间不具有连接关系的所述门极驱动单元和信号发生单元发送定时脉冲信号，使得所述门极驱动单元和信号发生单元的定时器同步。

5、通过时间同步的方式发出定时脉冲信号，极大地的减少了测试短路时的误触发，保证了可靠获得开关波形数据。由嵌入式系统gpib总线获得示波器的波形数据，经过高速数据链路无线传回上位机软件，并计算功率器件各个参数。

6、优选地，所述处理器还被配置为：响应于控制单元的指令信息，设定所述门极驱动单元的预设电压值和/或预设电流值；设定所述电流监控单元的设定电流斜率。

7、优选地，所述门极驱动单元基于接收的定时脉冲信号来驱动被测试的功率器件的通断；所述信号发生单元基于接收的定时脉冲信号来发出触发信号。

8、优选地，所述电流监控单元与主回路的开关单元连接以采集主回路的电流值。

9、优选地，所述信号发生单元与示波器连接，所述处理单元与所述示波器连接，在所述示波器响应于触发信号的接收来采集被测试的功率器件的测试信号的情况下，所述示波器将所述测试信号发送至所述处理单元。

10、本发明还提供一种智能功率器件测试方法，所述方法至少包括：基于采集的电流信号检测实时电流斜率参数的变化，在所述实时电流斜率参数大于预设电流斜率的情况下，发出与关断主回路相关的驱动指令，使得被测试的功率器件的主回路被切断。采用电流斜率的监测保护机制，能更快速检测到短路发生，快速关断主回路电流，防止炸管事故发生。

11、优选地，所述方法还包括：将处理单元以有线和/或无线的方式与能够发出控制信息的控制单元建立连接。通过无线控制方式，保证控制者与电气系统完全绝缘。且远离测试区域，保证了人员安全。

12、优选地，所述方法还包括：处理单元以时间同步的方式向彼此之间不具有连接关系的所述门极驱动单元和信号发生单元发送定时脉冲信号，使得所述门极驱动单元和信号发生单元的定时器同步。本发明的示波器触发方法，使用时间同步的方法替代信号电缆，保证了波形数据的可靠触发，防止误触发。

技术特征：

1.一种智能功率器件测试系统，所述系统至少包括处理单元(20)、电流监控单元(40)、门极驱动单元(50)和信号发生单元(60)，其特征在于，所述电流监控单元(40)、门极驱动单元(50)和信号发生单元(60)分别与所述处理单元(20)，

2.根据权利要求1所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述处理单元(20)以有线和/或无线的方式与能够发出控制信息的控制单元(80)建立连接。

3.根据权利要求1或2所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述处理单元(20)以时间同步的方式向彼此之间不具有连接关系的所述门极驱动单元(50)和信号发生单元(60)发送定时脉冲信号，使得所述门极驱动单元(50)和信号发生单元(60)的定时器同步。

4.根据权利要求1～3任一项所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述处理器(20)还被配置为：

5.根据权利要求1～4任一项所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述门极驱动单元(50)基于接收的定时脉冲信号来驱动被测试的功率器件的通断；

6.根据权利要求1～5任一项所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述电流监控单元(40)与主回路的开关单元(30)连接以采集主回路的电流值。

7.根据权利要求1～6任一项所述的智能功率器件测试系统，其特征在于，所述信号发生单元(60)与示波器(70)连接，

8.一种智能功率器件测试方法，其特征在于，所述方法至少包括：

9.根据权利要求8所述的智能功率器件测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

10.根据权利要求8或9所述的智能功率器件测试方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结
本发明涉及一种智能功率器件测试系统及方法，系统至少包括处理单元、电流监控单元、门极驱动单元和信号发生单元，电流监控单元、门极驱动单元和信号发生单元分别与处理单元，处理单元被配置为：基于电流监控单元采集的电流信号检测实时电流斜率参数的变化，在实时电流斜率参数大于预设电流斜率的情况下，向门极驱动单元发出与关断主回路相关的驱动指令，使得被测试的功率器件的主回路被切断，其中，信号发生单元基于驱动指令的接收发出示波器采集功率器件的相关测试信号的触发信号。本发明采用斜率方式能更快发现故障发生的时刻，而不必等到电流超过设定值，故采用斜率方式进行电流保护能够更快动作，避免切断动作的延迟。

技术研发人员：熊向杰,杨丹丹,张佳莹
受保护的技术使用者：成都森未科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12