一种SiC功率器件应用特性测试平台制造技术

本发明专利技术公开了一种SiC功率器件应用特性测试平台，包括硬件测试平台、数据采集示波器、NI数字控制器、高压直流电源和LabVIEW上位机监控装置；LabVIEW上位机监控装置将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给NI数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；NI数字控制器按照LabVIEW上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照LabVIEW上位机指令采集相应数据；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作。

A Test Platform for Application Characteristics of SiC Power Devices

The invention discloses a test platform for application characteristics of SiC power devices, including hardware test platform, data acquisition oscilloscope, NI digital controller, high voltage DC power supply and LabVIEW host computer monitoring device; LabVIEW host computer monitoring device transmits test condition setting and sampling setting to NI digital controller, data acquisition oscilloscope and high voltage DC power supply through communication interface respectively; I digital controller sets the driving parameters of the test device and implements the test instructions on the hardware test platform according to LabVIEW upper computer instructions. The oscilloscope collects the corresponding data according to LabVIEW upper computer instructions. The high voltage DC power supply is responsible for providing the corresponding DC voltage according to the test conditions, which is used to pre-charge the bus capacitance of the test circuit, and the hardware test platform accepts the controller. Control instructions complete the test.

【技术实现步骤摘要】
一种SiC功率器件应用特性测试平台
本专利技术属于电气测试
，具体涉及一种SiC功率器件应用特性测试平台。
技术介绍
功率半导体器件是电力电子变流器中的基础有源元器件，是组成电力电子装置的最基本元素。开关电源、新能源并网、机车牵引、电磁弹射等电力电子应用场合的不断发展为功率半导体器件的应用提供了广阔的空间。至今，硅基功率器件已经发展到了相当成熟的地步。为了进一步实现人们对高频、高温、高功率密度等具有理想特性功率器件的追求，越来越多的功率器件研究工作转向了新型半导体材料的功率器件。其中，尤以碳化硅(SiC)等宽禁带材料功率器件的研究最为活跃。宽禁带半导体材料具有高的禁带宽度、高的饱和电子漂移速度、高的击穿强度和低的介电常数等特点，这些物理特性决定了SiC在高温、高频、高功率应用场合是极为理想的半导体材料。宽禁带器件的发展必将给电力电子器件的发展带来又一次革命。其中，SiCMOSFET是电力电子领域最受重视和最有可能导致新一轮电力电子领域革命的宽禁带半导体器件，是当下电力电子科研工作的研究热点。SiC器件将逐步进入风电变流器领域，为风电系统的高高效率、高功率密度和高可靠运行提供了新的发展契机。大功率变流器作为新能源发电并网之中的重要组成部分，其可靠性显得非常重要。据调查显示，在变流器失效中有34％是由于器件失效所导致。实际工业应用中，为了保证电力电子器件的可靠运行，在选择大容量电力电子器件的额定值时按照实际运行的两倍，出现了大马拉小车的现象。为提高电力电子器件的容量利用率，需要对其应用特性进行测试，进一步掌握其应用特性，从而对其运行裕度进行评估。目前，功率器件应用特性测试方法又可分为离线测试、准在线测试以及在线测试。离线测试包括功率循环测试、温度循环测试、开关特性测试、静态参数测试、短路能力测试和强度测试等。其中功率循环测试为主动循环测试，通过对功率器件通入额定电流，使之消耗有功功率从而出现结温的变化。温度循环测试主要通过从外部对功率器件加温，使功率器件的结温出现变化。这两种方法可以获取不同温差ΔTj应力，不同最高结温Tjmax应力下，功率器件的循环次数以及其内部失效规律。静态测试主要是指在功率器件恒定关断或者导通的状态下，对功率器件进行测试及其参数提取。主要包括漏电极-源极导通压降、漏电极电流、阈值电压等。动态测试主要是指在功率器件开关过程中，对功率器件的开关特性进行测试。主要包括开关延迟时间、开关时间、开关损耗等。短路测试主要是指功率器件短路状态下，功率器件所承受的最大电流、短路电流持续时间及短路关断特性。强度测试主要是对功率器件的雪崩耐量进行测试和关断安全工作区进行测试评估。准在线测试主要是测试时使功率器件所承受的电压电流应力、热应力、机械应力等与实际运行工况中功率器件所受应力相当，具有一定的等效参考价值。在线测试主要是在实际运行工况中，提取功率器件的特性。从而增加实际工况中功率的可靠性。
技术实现思路
针对当前大容量SiC器件的动态特性综合测试方法及平台建设主要被半导体器件厂家垄断的客观现状，本专利技术设计可实现对当前大容量SiC器件进行离线测试的系统方案，并在此基础上进行测试设备的设计和搭建工作。本专利技术具体为一种SiC功率器件应用特性测试平台，所述SiC功率器件应用特性测试平台包括硬件测试平台、数据采集示波器、NI数字控制器、高压直流电源和LabVIEW上位机监控装置；上述五个部分按各自功能分为三个层次，分别为：控制指令层、数据交换层、硬件运行层；LabVIEW上位机监控装置为控制指令层，将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给NI数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；NI数字控制器和示波器作为数据交换层，NI数字控制器按照LabVIEW上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照LabVIEW上位机指令采集相应数据；高压直流电源和硬件测试平台作为硬件运行层，高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作；测试结束后，示波器将采集的数据发送给LabVIEW上位机并在电脑中储存。进一步的，SiC功率器件应用特性测试平台的硬件电路具体包括高压直流电源(0)、第一高压继电器(1)、防反二极管(2)、充电电阻(3)、快速放电电阻(4)、第二高压继电器(5)、慢放电阻(6)、分压电阻(7)、高压电缆(8)、模拟电压表(9)、电压采样电路(10)、均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)、母排(14)、电感(15)、接地电阻(16)、辅电板(17)、驱动板(18)、待测器件(19)、散热器(20)、油温加热装置(21)、同轴电阻(22)、电流源(23)、驱动信号分发板(24)、NI数字控制器(25)、路由器(26)、示波器(27)、光猫(28)和电脑；所述高压直流电源(0)的两端分别连接到两条高压电缆(8)，所述高压直流电源(0)的正极通过第一高压电缆(8)分别依次连接到第一高压继电器(1)、防反二极管(2)、充电电阻(3)、快速放电电阻(4)的第一端、慢放电阻(6)的第一端、分压电阻(7)的第一端、模拟电压表(9)的正极端、电压采样电路(10)的第一端，所述快速放电电阻(4)的第二端连接到第二高压继电器(5)的第一端；所述高压直流电源(0)的负极通过第二高压电缆(8)分别依次连接到第二高压继电器(5)的第二端、慢放电阻(6)的第二端、分压电阻(7)的第二端、模拟电压表(9)的负极端、电压采样电路(10)的第二端；所述模拟电压表(9)包括串联连接的两个电压表，所述高压直流电源(0)的负极还通过接地电阻(16)进行接地；两条高压电缆(8)分别连接到两条母排(14)，均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)均连接在两条母排(14)之间，且均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)均包括串联连接的两个；电感(15)的第一端连接到第一母排，第二端连接到两条母排的中点；所述待测器件(19)的两端分别连接到两条母排，且所述待测器件(19)包括串联连接的两个器件；母线电容(13)的第二端和待测器件(19)的第二端之间还连接有同轴电阻(22)；电感(15)的第二端还连接到一个驱动板(18)，该驱动板(18)还连接到一个辅电板(17)和一个待测器件(19)；同轴电阻(22)还连接到另一个驱动板(18)，该驱动板(18)还连接到另一个辅电板(17)和另一个待测器件(19)；两个辅电板(17)均连接到电流源(23)，所述另一个驱动板(18)还连接到驱动信号分发板(24)；所述驱动信号分发板(24)通过网线连接到NI数字控制器(25)，所述NI数字控制器(25)还连接到散热器(20)和油温加热装置(21)，所述散热器(20)和所述油温加热装置(21)均包括两个；所述NI数字控制器(25)还通过网线连接到路由器(26)，所述路由器(26)还通过网线连接到高压直流电源(0)、示波器(27)和光猫(28)，所述光猫(28)连接到电脑。进一步的，所述高压继电器的型号为G81BB57，其工作电压10kV，工作电流5A，线圈工作电压26.5VDC，线圈电阻290Ω；为保证设备的高度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种SiC功率器件应用特性测试平台，其特征在于：所述SiC功率器件应用特性测试平台包括硬件测试平台、数据采集示波器、NI数字控制器、高压直流电源和LabVIEW上位机监控装置；上述五个部分按各自功能分为三个层次，分别为：控制指令层、数据交换层、硬件运行层；LabVIEW上位机监控装置为控制指令层，将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给NI数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；NI数字控制器和示波器作为数据交换层，NI数字控制器按照LabVIEW上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照LabVIEW上位机指令采集相应数据；高压直流电源和硬件测试平台作为硬件运行层，高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作；测试结束后，示波器将采集的数据发送给LabVIEW上位机并在电脑中储存。

【技术特征摘要】
1.一种SiC功率器件应用特性测试平台，其特征在于：所述SiC功率器件应用特性测试平台包括硬件测试平台、数据采集示波器、NI数字控制器、高压直流电源和LabVIEW上位机监控装置；上述五个部分按各自功能分为三个层次，分别为：控制指令层、数据交换层、硬件运行层；LabVIEW上位机监控装置为控制指令层，将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给NI数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；NI数字控制器和示波器作为数据交换层，NI数字控制器按照LabVIEW上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照LabVIEW上位机指令采集相应数据；高压直流电源和硬件测试平台作为硬件运行层，高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作；测试结束后，示波器将采集的数据发送给LabVIEW上位机并在电脑中储存。2.根据权利要求1所述的一种SiC功率器件应用特性测试平台，其特征在于：SiC功率器件应用特性测试平台的硬件电路具体包括高压直流电源(0)、第一高压继电器(1)、防反二极管(2)、充电电阻(3)、快速放电电阻(4)、第二高压继电器(5)、慢放电阻(6)、分压电阻(7)、高压电缆(8)、模拟电压表(9)、电压采样电路(10)、均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)、母排(14)、电感(15)、接地电阻(16)、辅电板(17)、驱动板(18)、待测器件(19)、散热器(20)、油温加热装置(21)、同轴电阻(22)、电流源(23)、驱动信号分发板(24)、NI数字控制器(25)、路由器(26)、示波器(27)、光猫(28)和电脑；所述高压直流电源(0)的两端分别连接到两条高压电缆(8)，所述高压直流电源(0)的正极通过第一高压电缆(8)分别依次连接到第一高压继电器(1)、防反二极管(2)、充电电阻(3)、快速放电电阻(4)的第一端、慢放电阻(6)的第一端、分压电阻(7)的第一端、模拟电压表(9)的正极端、电压采样电路(10)的第一端，所述快速放电电阻(4)的第二端连接到第二高压继电器(5)的第一端；所述高压直流电源(0)的负极通过第二高压电缆(8)分别依次连接到第二高压继电器(5)的第二端、慢放电阻(6)的第二端、分压电阻(7)的第二端、模拟电压表(9)的负极端、电压采样电路(10)的第二端；所述模拟电压表(9)包括串联连接的两个电压表，所述高压直流电源(0)的负极还通过接地电阻(16)进行接地；两条高压电缆(8)分别连接到两条母排(14)，均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)均连接在两条母排(14)之间，且均压电阻(11)、缓冲电容(12)、母线电容(13)均包括串联连接的两个；电感(15)的第...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡卫丰，马汝祥，胥峥，胡志林，侍红兵，周洪益，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32