一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及方法技术

本发明专利技术涉及一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及方法，平台包括：直流供电模块、两个电容、负载、电感和驱动模块；其中一个电容的一端分别与直流供电模块的正极和第一节点连接，电容的另一端分别与直流供电模块的负极、另一个电容的一端、负载的一端、待测器件T

【技术实现步骤摘要】
一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及方法
本专利技术涉及宽禁带半导体功率器件领域和电力电子电路领域，旨在为以SiC、GaN为代表的新型宽禁带半导体器件提供一种新型开关特性及可靠性参数测试平台及配套测试方法。
技术介绍
宽禁带半导体功率器件具有高开关速度、低导通电阻等优势，越来越大范围地被应用于电力电子变换器中。鉴于器件材料及结构工艺，影响宽禁带半导体器件开关特性及可靠性参数因素众多，全面准确地测试器件在电力电子实际应用中可能的开关条件下开关特性及可靠性参数，对于器件生产者掌握器件特性、提升性能、完善数据手册等工作具有重要意义；此外，对于器件应用者而言，也有助于其器件选型及变换器高可靠性运行变设计。在现有技术中，测试器件开关特性和可靠性参数通常需要搭建不同的测试平台，且各测试平台能提供的测试条件单一，缺乏一个将多种测试功能集成于一体的综合测试平台，给测试工作带来很多不便。现有技术一的平台针对普通功率半导体器件，可测得不同电压、电流以及温度条件下的开关、通态特性。如图1所示，该平台由直流供电模块A、被测单元B、驱动模块C、总控制模块D、温度调节模块E、测量模块F和负载G组成。其中，总控制模块起枢纽作用，它可以根据不同的测试条件(电压、电流、温度)以及测量模块提供的电气、温度信息进行判断和运算，提供驱动模块的开关信号，提供直流供电模块和温度调节模块的参考给定值。具体测试内容和方法如下：1、给定电压、电流和温度条件下的测试1)器件寄生体二极管的反向恢复损耗T3、T2关断，T4导通，T1双脉冲驱动，测试T2的漏极电压和漏极电流，从而得出T2的体二极管的反向恢复损耗。2)功率半导体器件的开关损耗T3、T2关断，T4导通，T1双脉冲驱动，在短脉冲的上升沿处，测试T1的漏极电压和漏极电流，计算T1在该条件下的开通过程损耗；在短脉冲的下降沿处，测试T1的漏极电压和漏极电流，计算出该条件下的关断过程损耗。3)功率半导体器件的导通损耗T3、T2关断，T4导通，T1双脉冲驱动，测试T4在开通时的漏极电压和漏极电流，计算出T4在该条件下的导通损耗。2、功率半导体器件在不同条件下的循环测试Step1：设定直流供电模块的目标输出电压值，待其稳定输出时，执行Step2；Step2：设定温度调节模块的目标温度值，当测量模块检测达到温度给定值时，执行Step3；Step3：设定目标测试电流值，待被测单元中的负载电流与设定的电流值一致后，对被测单元中的功率半导体器件的开关和通态特性进行测试，测试结束后，执行Step4；Step4：按测试条件改变目标测试的电压、电流以及温度值，重新执行Step1,2,3，待测试完毕后，执行Step5；Step5：循环测试结束。该平台可以测试不同电压电流温度条件下功率半导体器件的开关、通态特性，然而，该平台及测试方法存在以下缺点：(1)该平台单纯测试功率器件损耗特性，测试类型单一。(2)该平台只是针对硬开关的情况下，若要测试软开关情况下的损耗情况，还需要对电路进行改造。现有技术二的测试平台是在双脉冲测试平台的基础上集成了三角电流型(TCM)测试电路，以实现在同一测试平台上对半导体功率器件在软开关、硬开关条件下可靠性参数动态导通电阻测试。测试平台电路如图2所示。由图2可知，该平台有两种连接模式，模式一为1端与2(HS)端相连，模式二为1端与3(SS)端相连。模式一中功率器件处于硬开关条件，模式二中功率器件可以实现软开关。以下为可测试内容及测试方法：1、硬开关条件下可靠性参数将1端与2端相连，电感L并联于上管S1两端，该平台以双脉冲电路模式运行。保持上管S1关断，对下管S2施加连续短脉冲，各点主要波形如图3-1所示。在该模式下，S2的开通关断均为硬开关。通过测量S2管漏源极电压vDS、漏极电流iDS，计算得出被测器件可靠性参数动态导通电阻。2、零电压开通条件下可靠性参数将1端与3端相连，在功率器件动作前对电容Co1、Co2进行充电，使其电压达到设定值Vo1、Vo2，该平台等同于已达到稳定工作点的同步Buck电路。控制信号及主要波形如图3-2所示。负向电感电流在死区时间内使S2结电容放电，使得S2的漏源极电压vDS在开通前降为0，从而实现S2的零电压开通。通过测量S2管漏源极电压vDS、漏极电流iDS，计算得出被测器件可靠性参数动态导通电阻。该平台通过将双脉冲测试电路和同步Buck电路集成的方式，实现了测试半导体功率器件在零电压开通条件下和硬开关条件下的可靠性参数。然而，该平台及测试方法存在以下缺点：(1)除零电压开通外，常用软开关条件还包括零电流关断。而该平台只能测试零电压开通情况下的功率器件可靠性参数，无法测试零电流关断下的功率器件可靠性参数。(2)硬开关条件下，电感电流会随开关次数上升，无法测试功率器件在额定电流下功率循环后的可靠性参数。因此，本专利技术旨在解决当前技术问题，提出一种可测试宽禁带半导体功率器件开关特性和可靠性参数的综合测试平台及配套测试方法，可提供的测试条件涵盖宽禁带半导体器件在常见实际应用中的可能工况，为器件生产者和应用者提供一个可全面便捷测试半导体功率器件开关特性及可靠性参数的方案。当进行开关特性测试时，该测试平台可提供的测试条件包括：可调电压/电流应力、可调电压应力时间、软开关/硬开关；当进行可靠性参数测试时，该测试平台可提供的测试条件包括：可调电压/电流应力、可调电压应力时间、可调开关频率、可调开关速度、软开关/硬开关、单次脉冲/功率循环后。平台使用者若有明确的某一工况下特性的测试需求，可根据需求选择工作模式对器件进行测试；若使用者想全面了解器件在各工作条件下的特性，也能得到全面的测试结果。避免了多次设计、搭建不同用途的测试平台，为器件测试和宽禁带半导体器件应用提供便利。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台及配套测试方法，该平台可为待测器件提供综合测试条件，基本涵盖器件在各类电力电子应用中的实际工况，测试功能全面、测试结果准确，满足器件生产者及应用者的多样化测试需求。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台，包括：直流供电模块4、两个电容5、负载6、电感8和驱动模块9；其中一个电容5的一端分别与直流供电模块4的正极和第一节点1连接，电容5的另一端分别与直流供电模块4的负极、另一个电容5的一端、负载6的一端、待测器件T2的源极、待测器件T4的源极连接；另一个电容5的另一端分别与负载6的另一端、待测器件T3的漏极连接；第三节点3分别与待测器件T3的源极、待测器件T4的漏极连接；电感8的一端分别与待测器件T1的源极、待测器件T2的漏极连接，另一端与第二节点2连接；待测器件T1的漏极与第一节点1连接；待测器件T1、T2、T3、T4的栅极与驱动模块9连接。所述测试平台还包括两个箝位电路10，两个箝位电路10分别与本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台，其特征在于，包括：直流供电模块、两个电容、负载、电感和驱动模块；其中一个电容的一端分别与直流供电模块的正极和第一节点连接，电容的另一端分别与直流供电模块的负极、另一个电容的一端、负载的一端、待测器件T

【技术特征摘要】
1.一种宽禁带半导体功率器件参数测试平台，其特征在于，包括：直流供电模块、两个电容、负载、电感和驱动模块；其中一个电容的一端分别与直流供电模块的正极和第一节点连接，电容的另一端分别与直流供电模块的负极、另一个电容的一端、负载的一端、待测器件T2的源极、待测器件T4的源极连接；另一个电容的另一端分别与负载的另一端、待测器件T3的漏极连接；第三节点分别与待测器件T3的源极、待测器件T4的漏极连接；电感的一端分别与待测器件T1的源极、待测器件T2的漏极连接，另一端与第二节点连接；待测器件T1的漏极与第一节点连接；待测器件T1、T2、T3、T4的栅极与驱动模块连接。


2.如权利要求1所述的宽禁带半导体功率器件参数测试平台，其特征在于：所述测试平台还包括两个箝位电路，两个箝位电路分别与待测器件T2、T4并联。


3.一种宽禁带半导体功率器件参数测试方法，使用权利要求1或2所述的测试平台，其特征在于，包括单独测试方法和组合测试方法；
所述单独测试方法包括如下步骤：
1)开通、关断延时测试：
连接第一节点、第二节点，待测器件T1不施加驱动，待测器件T2施加一长一短两个脉冲，封锁待测器件T3、T4驱动脉冲；在短脉冲上升沿处，测试待测器件T2的驱动电压和漏极电压，驱动电压上升10％到漏极电压下降10％的时间间隔为开通延时；在短脉冲的下降沿处，测试待测器件T2的驱动电压和漏极电压，驱动电压下降10％至漏极电压上升10％的时间间隔为关断延时；
2)开通、关断时间测试：
操作方式如1)；在短脉冲上升沿处，测试待测器件T2的驱动电压和漏极电压，驱动电压上升10％到漏极电压下降90％的时间间隔为开通时间；在短脉冲的下降沿处，测试待测器件T2驱动电压和漏极电压，驱动电压下降10％至漏极电压上升90％的时间间隔为关断时间；
3)寄生体二极管反向恢复电流和反向恢复时间测试：
操作方式如1)；在短脉冲上升沿处，测试待测器件T1的漏极电流和漏极电压，漏极电流的负向尖峰为反向恢复电流，漏极电流从下降至0到反向恢复至0的时间间隔为反向恢复时间；
4)完全硬开关的开关损耗测试：
连接第二节点、第三节点；施加驱动信号，控制电感电流，使电路工作于模式一或模式三；在待测器件T4驱动信号上升沿处，测试待测器件T4的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的开通过程损耗；在驱动信号下降沿处，测试待测器件T4的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的关断过程损耗；
5)零电压开通、硬关断的开关损耗测试：
操作方式如4)；施加驱动信号，控制电感电流，使电路工作于模式一或模式三；在待测器件T2驱动信号上升沿处，测试待测器件T2的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的开通过程损耗；在驱动信号下降沿处，测试待测器件T2的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的关断过程损耗；
6)零电压开通、零电流关断的开关损耗测试：
操作方式如4)；施加驱动信号，控制电感电流，使电路工作于模式二；在待测器件T2驱动信号上升沿处，测试待测器件T2的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的开通过程损耗；在驱动信号下降沿处，测试待测器件T2的漏极电流和漏极电压，计算得到该条件下的关断过程损耗；
7)完全硬开关且单次动作后的动态导通电阻测试：
操作方式如1)并启用箝位电路；在短脉冲保持高电平期间，测试待...

【专利技术属性】
技术研发人员：李艳，赵方玮，魏超，殷子钧，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京;11