半导体功率器件动态参数测试仪

一. 设备内容

1.设备功能介绍

本测试系统主要用于半导体功率器件动态参数测试。

具有高测试精度、高灵敏度、高可靠性、高安全性的特点，实现 MOSFET、IGBT、DIODE功率器件动态参数的精确测试。

系统进线电压220V，供电频率50HZ，配系统上电指示灯。

简洁的人机交互界面（计算机）可以满足测试人员对SiC MOSFET的预期关断电流、负载电阻、母线电压等参数进行设置； 

系统母线电压闭环处理，自动调节为预期设定值，节省了测试人员调压时间并能满足母线电压精度要求；

门极驱动电压±30V可调，满足测试人员在各类驱动电压等级下对SiC MOSFET进行动态参数测试；

主控系统由开关速度更高的IC器件构成，大大提升了对采样的处理速度和测试精度；

驱动信号采用光纤通讯，避免外来传导或辐射干扰对测试精度的影响；

系统配置DUT测试保护罩，此保护罩的开合状态与母线电压进行互锁，防止测试人员在母线带电的情况下就对DUT进行操作的危险行为发生；配置系统急停按钮，拍下此按钮断开系统功率输入并且母线快速放电；

系统配置母线长时间放置时的放电回路及测试过程中的短时放电回路，保护人身和设备安全并且节省测试时间；

系统主功率回路为电压较高，为保证电网设备安全，高低压回路做加强绝缘处理；

2.系统主要配置

主功率系统、控制系统、测量显示系统、负载系统、夹具等。

 

（图片供参考）

二. 运行条件

环境温度：    15～40℃

相对湿度：    小于70%

大气压力：    86Kpa～ 106Kpa

电网电压：    AC220V±10%无严重谐波

电网频率：    50Hz±1Hz

三. 测试能力

测试产品：IGBT,MOSFET,DIODE等半导体功率器件

测试能力：

1. 开关时间和开关损耗测试

测试条件： ID：0A～1000A, VDS：0V～1200V, VGS：-10V～20V, Rg：手动可调，

感性负载。

测试参数:  td(on)\ tr\ td(off)\tf\ ton\ tsv\tz\tc\trv：1nS -100uS，最小分辨率0.1ns； Eon\Eoff：0.01uJ~10J，最小分辨率0.001uJ

分辨率：开关时间

2. 二极管反向恢复测试

测试条件：IF：0A～1000A , VR：0V～1200V, di/dt：10A/us～1000A/us             

测试参数: trr：1nS-100uS,Qrr：1nC~10000uC, 最小分辨率1nC； Irm：1A~1000A , 最小分辨率0.1A；Erec：0.01uJ~10J，最小分辨率0.001uJ；Vrrpk：0V～1200V, 最小分辨率0.1V; dv/dt=50～1000V/us

3. 栅极电荷

测试条件：ID：0A～1000A ,VDS：0V～1200V, VGS：-10V～20V，           

测试参数: Qgs/Qgd/Qgon/Qgth：1nC~10000uC, 最小分辨率1nC; Vpl：1V~20V , 最小分辨率0.1V;

4. 短路电流测试

测试条件：VGS： VGS：-10V～20V， VDS：0V～1200V, Tpluse：0~30us  

测试参数: ISC：0A~1000A , Esc：0.1uJ～1000mJ，Delta VDS:0V～200V

 

五．设备概述

1. 设备功能概述

a) 测试机具有高测试精度、高灵敏度、高可靠性、高安全性的特点，可实现SiC器件动态参数的精确测试。

b) 简洁的人机交互界面（计算机）可以满足测试人员对SiC器件测试条件的约束和测试完毕后相关参数的自动显示。

c) 系统母线电压闭环处理，自动调节为预期设定值。

d) 门极驱动电压-10V～20V可调(正电压与负电压绝对值差值必须大于5V)。

e) 主控系统由开关速度更高的IC 器件构成，大大提升了对采样的处理速度和测试精度。

f) 驱动信号采用光纤通讯，避免外来传导或辐射干扰对测试精度的影响。

g) 系统配置DUT 测试保护罩，此保护罩的开合状态与母线电压进行互锁，防止测试人员在母线带电的情况下就对DUT进行操作的危险行为发生。

h) 配置系统急停按钮，拍下此按钮断开系统主功率输入并且母线放电；放电时间<1S。

i) 为了进一步减小母线回路寄生参数对测试结果的影响，功率回路特殊设计。

j) 负载接口预留阻性和感性接口，根据需要，客户手动配置。

k) 设备可通过TTL,GPIB等接口连接hander或者机械手，实现产线自动化测试。

l) 基本工作模式

1. 感性负载

分为自动和手动模式，在自动模式下，需输入母线电压目标值、关断（开通）电流值、负载电感值及间隔时间T2值，双脉冲时间T1、T3自动计算。在手动模式下，需输入母线目标电压值、双脉冲时间及时间间隔T1、T2、T3。

2. 阻性负载

在此测试条件下，需输入母线目标电压值、系统向被测器件发固定脉宽驱动信号。短路测试属于此类，但短路时间开放可设置。

2. 设计参考标准

设计参考标准: IEC60747-8   IEC61800-5-1

3. 总体技术方案

a) 机柜功能划分

1. 为保证人员操作安全，考虑满足电磁兼容性的要求，设备采用高低压隔离设计，分为控制部分、夹具部分、功率部分。

2. 控制部分配置系统上、下电操作旋钮，急停开关、指示灯，主控，UPS电源等。

3. 夹具部分配置驱动板、功率板、驱动电源、负载电感/电阻等。

4. 功率部分配置升压整流模块、母线电容、充放电回路等。

b) 电气设计方案

1. 感性负载开关时间测试

 

测试原理框图如上。

上管器件栅极短路，负载电感与上管SiC器件并联，其续流二极管参与电感负载电流续流。

通过控制下管器件在T1、T3时间内导通，从而测试下管器件的动态参数。（单脉冲时T2和T3时间为0）

使用双脉冲测试的器件其Vds、Id、Vgs典型波形如下：      

 

 

                   紫色曲线为Id，黄色曲线为Vgs，蓝色曲线为Vds

2. 阻性负载开关时间测试

阻性负载只需将上桥臂的负载电感更换为负载电阻，上桥臂无需增加陪测器件。测试开始后，系统向下桥臂器件门极发固定脉宽高电平。

器件阻性测试，其Vds、Id、Vgs典型波形如下所示：

                

红色曲线为Id，黄色曲线为Vgs，蓝色曲线为Vds

c) 机柜设计值

 

d) 单板设计方案

1. 系统配置主控板,母线电压采样板,驱动板，功率板.

a) 主控板：

i. 为实现系统高速采样调理分析与计算及故障态下对系统的保护,主控板采用高速DSP+CPLD方案，满足IGBT开关时间运算要求。

ii. 主控板提供数字量输出DO通道18路，数字量输入通道8路，模拟量输入2路，光纤接口5路。

1. DO通道用来实现系统的放电功能、指示功能等。

2. DI通道用来实现系统的数字量输入，例如急停、门禁等信号输入。

3. AI模拟量输入通道用来采集母线电压，作为母线闭环控制的判断依据和显示信号来源。

4. 光纤接口用来给被测SiC器件提供高低电平信号。

b) 电压采样板

i. 电压采样板采用精度0.1%的贴片电阻串联，将采集到的母线电压按比例送入主控板进行母线电压的计算并参与控制。

c) 驱动板

i. 驱动转接板采用隔离光偶作为驱动信号接收器和隔离器，采用驱动芯片，为驱动提供足够的驱动能力。

e) 安规设计方案

1. 整个系统按照1200V工作电压，污染等级III级，过电压等级III级设计。

2. 高低压电路之间采用加强绝缘处理。

3. 人手可触摸电路采用SELV电路。

4. 安规设计参考标准：IEC61800-5-1

f) 安装设计方案

1. 安装地点附近无可燃物，无强噪声干扰源，安装地面平整，设备必须垂直安装。

2. 设备四周应留出足够的空间便于安装和维护。

3. 保护接地电缆采用16平方黄绿线缆可靠接地。

4. 设备底部安装万象轮，便于设备的挪动。

g) 环境设计方案

1. 工作环境

 

2. 存储环境

3. 运输环境

(一) 测试项目设计方案