一种半导体器件的功率循环测试系统技术方案

本发明专利技术公开一种半导体器件的功率循环测试系统。功率循环测试系统包括：控制器、驱动器、至少一条测试支路、直流电源和水冷器，每条所述测试支路包括一个测试支路开关、与测试支路开关串联的若干待测半导体器件，且各个待测半导体器件串联连接。本发明专利技术提供的功率循环测试系统可通过有效地利用一条被测支路的降温时间来对其他被测支路的器件进行加热，待测半导体器件的数量较多，能够极大地提高功率循环测试系统的测试效率。同时，由于本发明专利技术提供的功率循环测试系统设置有多条并联的测试支路，因此，用户可以根据实际需求进行多种测试功能的切换，可对不同厂家或型号的器件在同一测试条件下进行对比测试。

A power cycle test system for semiconductor devices

The invention discloses a power cycle test system for semiconductor devices. The power cycle test system comprises a controller, a driver, at least one test branch, a DC power supply and a water cooler. Each test branch comprises a test branch switch, a number of semiconductor devices to be tested in series with the test branch switch, and each semiconductor device to be tested is connected in series. The power cycle test system provided by the invention can effectively use the cooling time of one tested branch to heat the devices of other tested branches. The number of semiconductor devices to be tested is large, and the test efficiency of the power cycle test system can be greatly improved. At the same time, because the power cycle test system provided by the invention has a plurality of parallel test branches, the user can switch various test functions according to actual requirements, and can carry out comparative test under the same test conditions for different manufacturers or models of devices.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件的功率循环测试系统
本专利技术涉及半导体器件可靠性测试领域，特别是涉及一种半导体器件的功率循环测试系统。
技术介绍
功率半导体器件在电力系统中的应用越来越广泛，目前全世界至少60％以上的电能均由它来控制，未来在全球能源互联网的趋势下，随着大规模新能源发电并网和电动汽车等移动不可预测负荷接入电网，这一比例将大大上升。因此，对于功率半导体器件的研究工作也成为近些年的热点，尤其是高电压大功率半导体器件。同时，由于交直流电网共存以及新能源的不断涌入，对电网造成一定的冲击，这就对直流电网，尤其是柔性直流输电系统的可靠性提出了更高的要求。以IGBT器件为代表的高压大功率电力电子器件作为整个换流站的核心，其可靠性成为整个系统可靠性的关键。目前应用于柔性直流输电系统的高压大功率半导体器件主要是IGBT器件，同时针对不同应用工况有两种不同的封装形式，一种是常规的焊接式封装，简称为焊接IGBT模块，主要应用于模块化多电平换流器(ModularMulti-levelConverter，MMC)结构的换流阀中；另一种是功率密度更大，更易于串联应用的压接型IGBT器件，主要应用于柔性直流系统中的直流断路器中。功率循环测试是功率半导体最重要的可靠性测试之一，也是器件出厂前最核心的可靠性考核，基本测试原理如图1所示，通过给待测半导体器件施加一定的电流使器件升温，然后再切断电流通过水冷系统让待测半导体器件冷却，往复如此进行加热和降温的过程以考核器件封装的可靠性，也称为主动温度循环。功率循环测试实际就是通过近似模拟半导体器件实际运行工况来预测器件长期运行的寿命和可靠性，暴露可能存在的问题以优化器件设计使其达到预定的设计寿命，所以测试设备的精度、效率和可靠性则成为功率循环测试实验最关键的要素。目前针对小功率半导体器件的功率循环测试系统由于待测半导体器件电流等级低，所需要的测试电流小，可以并联测试，单台设备可以同时测试的器件数目最多可达30个(一个待测半导体器件最大50A电流)，所以测试效率相对较高。而针对电力系统和电力机车等高压大电流的应用场合，单个器件的电流达3000A及以上，再通过待测半导体器件的并联测试来提高效率不仅会急剧提高整个测试平台的成本，同时电流源也无法达到相应的测试要求。因此，如何提供一种测试效率较高的大功率半导体器件的功率循环测试系统，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种半导体器件的功率循环测试系统，可通过有效地利用一条被测支路的降温时间来对其他被测支路的器件进行加热，待测半导体器件的数量较多，能够极大地提高功率循环测试系统的测试效率。同时，由于本专利技术提供的功率循环测试系统设置有多条并联的测试支路，因此，用户可以根据实际需求进行多种测试功能的切换，可对不同厂家或型号的器件在同一测试条件下进行对比测试。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：一种半导体器件的功率循环测试系统，所述功率循环测试系统包括：控制器、驱动器、至少一条测试支路、直流电源和水冷器，其中，每条所述测试支路与所述直流电源连接形成闭合回路，所述直流电源用于给所述测试支路提供恒定电流；每条所述测试支路包括：一个测试支路开关、与所述测试支路开关串联的若干待测半导体器件，且各所述待测半导体器件串联连接；所述控制器与驱动器连接，所述控制器用于生成各所述测试支路开关的脉冲信号；所述驱动器与各所述测试支路开关连接，所述驱动器根据各所述脉冲信号生成对应的测试开关驱动脉冲，所述测试开关驱动脉冲用于驱动对应的所述测试支路开关；所述水冷器对应所述测试支路设置，所述水冷器用于冷却各所述待测半导体器件。可选的，每一时刻有且仅有一个测试支路开关导通，且在一个功率循环测试周期内，各个所述测试支路开关均导通一次。可选的，各所述测试支路开关的导通时间均为T/n，且各所述测试支路开关的测试开关驱动脉冲的相位依次超前或者滞后T/n，其中，T表示功率循环测试周期，n表示测试支路的条数。可选的，所述功率循环测试系统还包括分流支路，所述分流支路与所述测试支路并联。可选的，所述分流支路包括分流开关。可选的，所述功率循环测试系统还包括电源电流传感器，其中，所述电源电流传感器与所述直流电源串联，所述电源电流传感器用于检测所述直流电源的输出电流；所述控制器与所述电源电流传感器连接，所述控制器用于根据直流电源的输出电流及当前导通的测试支路开关对应的测试支路的期望电流调节所述分流支路的电流。可选的，所述功率循环测试系统还包括与所述控制器连接的分流支路电流传感器，所述分流支路电流传感器设置在所述分流支路中，所述分流支路电流传感器用于检测所述分流支路的电流。可选的，所述功率循环测试系统还包括分别与控制器连接的负载电流传感器和负载电压传感器，其中，所述负载电流传感器用于检测流过所述待测半导体器件的电流；所述负载电压传感器用于检测所述待测半导体器件两端的电压；所述控制器用于获取所述测试支路对应的测试支路开关处于导通状态时，流过所述待测半导体器件的负载电流和所述待测半导体器件两端的负载电压；获取所述待测半导体器件的初始结温、结温-饱和压降关系曲线及所述测试支路上的测试支路开关处于断开状态时，所述待测半导体器件两端的饱和压降；根据所述负载电压和所述负载电流确定所述待测半导体器件的功率损耗；根据所述结温-饱和压降关系曲线及所述饱和压降确定所述待测半导体器件的实时结温；根据所述初始结温、所述实时结温及所述功率损耗确定所述待测半导体器件的瞬态热阻抗曲线；根据所述瞬态热阻抗曲线确定所述待测半导体器件的积分结构函数和微分结构函数；根据所述积分结构函数和微分结构函数确定所述待测半导体器件的热阻和热容以确定所述测半导体器件的老化程度。可选的，所述功率循环测试系统还包括分别设置在所述水冷器的进出口和出水口处的温度传感器。可选的，所述功率循环测试系统还包括设置在所述测试支路中的压力传感器，当所述待测半导体器件为压接型半导体器件时，所述压力传感器用于实时测量所述待测半导体器件的压力值。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术提供的半导体器件的功率循环测试系统包括：控制器、驱动器、至少一条测试支路、直流电源和水冷器，其中，每条所述测试支路包括一个测试支路开关、与测试支路开关串联的若干待测半导体器件，且各个待测半导体器件串联连接。可通过有效地利用一条被测支路的降温时间来对其他被测支路的器件进行加热，待测半导体器件的数量较多，能够极大地提高功率循环测试系统的测试效率。同时，由于本专利技术提供的功率循环测试系统设置有多条并联的测试支路，因此，用户可以根据实际需求进行多种测试功能的切换，可对不同厂家或型号的器件在同一测试条件下进行对比测试。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1为功率循环测试的原理图；图2为本专利技术实施例1提供的半导体器件的功率循环测试系统的结构框图；图3为本专利技术实施例2提供的功率循环测试系统的结构框图；图4为本专利技术实施例2提供的功率循环测试系统的电路本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体器件的功率循环测试系统，其特征在于，所述功率循环测试系统包括：控制器、驱动器、至少一条测试支路、直流电源和水冷器，其中，每条所述测试支路与所述直流电源连接形成闭合回路，所述直流电源用于给所述测试支路提供恒定电流；每条所述测试支路包括：一个测试支路开关、与所述测试支路开关串联的若干待测半导体器件，且各所述待测半导体器件串联连接；所述控制器与驱动器连接，所述控制器用于生成各所述测试支路开关的脉冲信号；所述驱动器与各所述测试支路开关连接，所述驱动器根据各所述脉冲信号生成对应的测试开关驱动脉冲，所述测试开关驱动脉冲用于驱动对应的所述测试支路开关；所述水冷器对应所述测试支路设置，所述水冷器用于冷却各所述待测半导体器件。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的功率循环测试系统，其特征在于，所述功率循环测试系统包括：控制器、驱动器、至少一条测试支路、直流电源和水冷器，其中，每条所述测试支路与所述直流电源连接形成闭合回路，所述直流电源用于给所述测试支路提供恒定电流；每条所述测试支路包括：一个测试支路开关、与所述测试支路开关串联的若干待测半导体器件，且各所述待测半导体器件串联连接；所述控制器与驱动器连接，所述控制器用于生成各所述测试支路开关的脉冲信号；所述驱动器与各所述测试支路开关连接，所述驱动器根据各所述脉冲信号生成对应的测试开关驱动脉冲，所述测试开关驱动脉冲用于驱动对应的所述测试支路开关；所述水冷器对应所述测试支路设置，所述水冷器用于冷却各所述待测半导体器件。2.根据权利要求1所述的功率循环测试系统，其特征在于，每一时刻有且仅有一个测试支路开关导通，且在一个功率循环测试周期内，各个所述测试支路开关均导通一次。3.根据权利要求1所述的功率循环测试系统，其特征在于，各所述测试支路开关的导通时间均为T/n，且各所述测试支路开关的测试开关驱动脉冲的相位依次超前或者滞后T/n，其中，T表示功率循环测试周期，n表示测试支路的条数。4.根据权利要求1所述的功率循环测试系统，其特征在于，所述功率循环测试系统还包括分流支路，所述分流支路与所述测试支路并联。5.根据权利要求4所述的功率循环测试系统，其特征在于，所述分流支路包括分流开关。6.根据权利要求5所述的功率循环测试系统，其特征在于，所述功率循环测试系统还包括电源电流传感器，其中，所述电源电流传感器与所述直流电源串联，所述电源电流传感器用于检测所述直流电源的输出电流；所述控制器与所述电源电流传感器连接，所述控制器用于根据直流电源的输出电流及当前导通的测试支路开关对应的测试支路的期...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓二平，陈杰，郭楠伟，赵志斌，黄永章，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：北京,11