大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统及方法。由控制单元、充电单元、主电路单元、保护单元组成，保护技术主要包括利用限流电阻R0、慢放电阻R1和快放电阻R0对充电单元的限流和泄能保护；利用隔离电路和光纤对控制单元的电磁干扰屏蔽保护；利用直流开断保护器件SCR及其触发电路、屏蔽罩和保护二极管D1对主电路单元的调控、绝缘隔离和过压保护。本发明专利技术能实现大容量功率半导体模块绑定线在极限工况下的电爆炸过程再现，解决测试系统的电磁干扰问题及测试过程中单元部件失效安全性问题，实现了电磁干扰屏蔽和出现故障情况时测试人员的安全保护，能够安全可靠地进行铝绑定线电爆炸测试。

【技术实现步骤摘要】
大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统及方法
本专利技术涉及电力电子功率模块可靠性工程
的一种电爆炸测试系统和方法，尤其是涉及一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统及方法。
技术介绍
大容量功率半导体器件是第三次技术革命的代表性产品，是电力电子变换器中电磁能转换与传输的核心部件，被广泛应用于机车牵引、智能电网、航空航天、国防军事等领域。目前工业应用对电力电子变换器的功率等级需求达到了MW级甚至GW级，而现有商用大容量功率半导体模块功率等级难以满足，需要采用多个功率模块串联或并联的方式。同时为了满足变换器功率密度需求，串联或者并联的功率模块布局紧凑，一个功率模块的失效爆炸产生的破损物和火花会危及到相邻的功率模块，严重影响功率变换器的可靠性和生存力。从大量现场事故和研究报告来看，大容量功率半导体模块爆炸普遍被认为是由于半导体芯片对能量失去控制能力之后，因为热聚集引发内部金属材料电爆炸效应而产生的。在功率变换器实际运行过程中由于器件失控或者变换器中的某一器件损坏将会导致出现桥臂直通的现象，此时功率模块中流过的电流为其额定电流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于，包括充电单元、保护单元、主电路单元和控制单元；/n充电单元，和保护单元、铝绑定线并联连接，充电单元经主电路单元向铝绑定线传输电爆炸所需要的能量；/n保护单元，将充电单元与主回路单元隔离并对脉冲电容器C0作泄能保护，给充电单元和主回路单元的过电压保护；/n主电路单元，实施铝绑定线电爆炸测试，并在测试过程中进行测量；/n控制单元，分别和充电单元、主电路单元、保护单元连接，用于控制充电单元、主电路单元、保护单元的工作。/n

【技术特征摘要】
1.一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于，包括充电单元、保护单元、主电路单元和控制单元；
充电单元，和保护单元、铝绑定线并联连接，充电单元经主电路单元向铝绑定线传输电爆炸所需要的能量；
保护单元，将充电单元与主回路单元隔离并对脉冲电容器C0作泄能保护，给充电单元和主回路单元的过电压保护；
主电路单元，实施铝绑定线电爆炸测试，并在测试过程中进行测量；
控制单元，分别和充电单元、主电路单元、保护单元连接，用于控制充电单元、主电路单元、保护单元的工作。


2.如权利要求1所述的一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于：
所述的充电单元包括高压直流电源Vin、充电继电器K1、模拟电压表、限流电阻R0和脉冲电容器C0；其中，高压直流电源Vin的正输出端与充电继电器K1的一端相连，高压直流电源Vin的负输出端与地相连，充电继电器K1的另一端与限流电阻R0的一端相连，限流电阻R0的另一端作为充电单元的正极，限流电阻R0的另一端与脉冲电容器C0的正极相连，脉冲电容器C0的负极接地，模拟电压表并联在脉冲电容器C0两端；
所述的保护单元包括快放电阻R2、快放继电器K2、保护二极管D1、慢放电阻R1和直流开断保护器件SCR；快放电阻R2和快放继电器K2串联后与保护二极管D1、慢放电阻R1一起并联在脉冲电容器C0两端，直流开断保护器件SCR的阳极和充电单元的正极连接，直流开断保护器件SCR的阴极作为保护单元的输出正极，直流开断保护器件SCR的门极连接到控制单元；
所述的主电路单元包括测试机壳和测量电路；
测试机壳包括测试衬板、夹具、托盘、屏蔽罩，铝绑定线通过夹具置于托盘上，托盘放置在测试衬板上，测试衬板外放置罩有屏蔽罩；
测量电路包括高压传输线路、罗氏线圈Rogowski、电阻分压器、示波器、高速扫描相机和冲击波传感器；其中，罗氏线圈Rogowski绕在高压传输线路上，高压传输线路串联连接铝绑定线，电阻分压器连接在铝绑定线的两端，罗氏线圈Rogowski和电阻分压器的输出端通过探头接入示波器，屏蔽罩外布置设有高速扫描相机，冲击波传感器放置于屏蔽罩内测试衬板旁。


3.如权利要求2所述的一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于：
所述控制单元包括电脑、光电转换器、中央控制器和驱动板；电脑依次经电光转换器、光电转换器后和中央控制器相连，光电转换器分别和示波器、充电单元的高压直流电源Vin连接，中央控制器经隔离电路与冲击波传感器相连，中央控制器和驱动板连接，驱动板分别和充电单元的充电继电器K1、保护单元的快放继电器K2、直流开断保护器件SCR的门极连接。


4.如权利要求2所述的一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于：
所述直流开断保护器件SCR增加为多个，多个直流开断保护器件SCR间采用串并联的拓扑方法连接。


5.如权利要求2所述的一种大容量功率半导体模块铝绑定线电爆炸测试系统，其特征在于：
所述的驱动板经触发电路和直流开断保护器件SCR的门极连接，所述的触发电路采用强触发保护电路，包括九个电阻R3～R11、两个电容C1～C2、光耦器件P、七个二极管D10～D16、一个NPN器件、一个MOSFET器件以及一个升压比为1:3的变压器T；其中，电阻R3的一端与驱动板的GPIO信号引脚相连，电阻R3的另一端经二极管D10与光耦器件P的正相输...

【专利技术属性】
技术研发人员：李武华，卢倚平，罗皓泽，冒俊杰，杨欢，赵荣祥，何湘宁，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33