一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台制造技术

本发明专利技术涉及一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台，属于功率器件加速老化测试技术领域。该实验平台包括功率回路、散热模块、可编程直流电源、上位机和采集模块。功率回路采用U型对称回路设计，包括n个相同的分立式功率器件、2n个测试底座、n个相同的驱动回路和2n个电压测试端。散热模块设置在相邻两器件中间位置，且各散热模块并联；采集模块分别采集各器件导通压降及温度，通过上位机完成在线监测并保存实验数据。可编程直流电源给实验平台提供所需电流，并与上位机通信，其输出受上位机控制。本发明专利技术实验平台可显著提升功率器件加速老化测试中的温度波动，并在极大程度上缩短实验时间，减小体积和降低成本。减小体积和降低成本。减小体积和降低成本。

【技术实现步骤摘要】
一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台


[0001]本专利技术属于功率器件加速老化测试
，涉及一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台。

技术介绍

[0002]分立式功率器件(MOSFET、IGBT等)是轨道交通、智能电网、航空航天等新型高压大功率变流系统中的核心部件。功率变流器故障中约有38％源于功率器件失效，由于功率变流器系统中复杂、多变的运行工况以及恶劣的运行环境，功率器件的可靠性一直面临着重大挑战。其中，热应力是功率器件老化失效的主要原因，器件结温每升高10℃，其故障率将提升1倍，因此功率器件的长期可靠性问题需要引起高度重视。
[0003]目前，加速老化实验是评估功率器件长期可靠性的重要手段，常见的加速老化实验方法分为功率循环和温度循环两种，相较于温度循环，功率循环实验更接近于实际功率器件的老化过程。而在加速老化过程中，功率器件的常见失效模式分为焊料层失效和键合线脱落，两种失效模式分别用功率器件的热阻和导通压降的上升来表征。然而，传统功率器件加速老化实验平台存在以下问题：现有加速老化实验主要针对单个功率器件开展，测试单个器件需花费数天至数个月的时间，实验耗时较长；功率器件状态监测方法复杂、在线监测电路精度较差；加速老化实验平台多采用水冷散热系统，虽能保证散热效果，但散热成本高、整体体积偏大，并产生大量噪声；传统加速老化实验平台缺少对散热系统的控制，每个周期内的温度波动可进一步扩大。
[0004]因此，亟需专利技术一种结构简单、老化速度提升、电参数测量准确、体积减小的便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台，对提升加速老化测试速度，准确方便评估分立式功率器件失效状态具有重要意义。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台，解决传统功率器件加速老化实验平台耗时长、在线监测精度低、散热系统体积大、成本较高的问题，即本专利技术提供一种结构简单、老化速度提升、电参数测量准确、体积减小的便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台，如图1所示，包括功率回路、散热模块、可编程直流电源、上位机和采集模块。
[0008]所述功率回路采用U型对称回路布置在平台PCB板两侧，平台两侧的PCB布线长短、粗细完全相同，包括n个相同的分立式功率器件(Q1～Q
n
)、2n个测试底座(d1、s1、
…
、d
n
、s
n
，d1'、s1'、
…
、d
n
'、s
n
')、n个相同的驱动回路和2n个电压测试端(V
ds1
、V
ds1
'、
…
、V
dsn
、V
dsn
')。其中，分立式功率器件(Q1～Q
n
)在平台PCB板的同一侧串联，每个功率器件对应连接一个驱动电路；电压测试端V
ds1
和V
ds1
'、V
ds2
和V
ds2
'、
…
、V
dsn
‑1和V
dsn
‑1'、V
dsn
和V
dsn
'位置在平台PCB板两
侧完全对称，为方便分立式功率器件的插拔操作，在两侧相应位置安装相同测试底座(d1、s1、d2'、s2'、
…
、d
n
、s
n
、d
n
'、s
n
')，并在无器件一侧采用与分立式功率器件封装引脚同一尺寸的C型金属铜条连接测试底座d1'和s1'、d2'和s2'、
…
、d
n
‑1'和s
n
‑1'、d
n
'和s
n
'，此时采用差分法测量功率器件的导通压降分别为V
ds1
‑
V
ds1
'、V
ds2
‑
V
ds2
'、
…
、V
dsn
‑1‑
V
dsn
‑1'、V
dsn
‑
V
dsn
'。
[0009]所述散热模块设置在相邻两功率器件中间位置，且各散热模块并联。
[0010]所述采集模块包括电压采集卡和温度采集卡，分别通过相同长度的杜邦线采集各功率器件不同电压测试端之间的导通压降V
ds1
和V
ds1
'、V
ds2
和V
ds2
'、
…
、V
dsn
‑1和V
dsn
‑1'、V
dsn
和V
dsn
'，以及通过K型热电偶采集温度T1、T2、
…
、T
n
‑1和T
n
，通过上位机完成在线监测并保存实验数据。
[0011]所述可编程直流电源设置为恒流源输出，给实验平台提供所需电流，并通过TCP/IP协议与上位机LabVIEW软件通信，其输出受上位机控制。
[0012]上位机为一台装有LabVIEW软件与NI DAQ驱动软件的PC。
[0013]进一步，所述驱动回路采用相同的驱动电阻R
g
，一端与相同的外部驱动串联，另一端与功率器件栅极连接；所述驱动电阻R
g
，所有外部驱动并联并采用统一的PWM控制信号，保证所有器件具有相同的初始输出特性，从而保障同一时间多个相同器件运行在同一工况。
[0014]进一步，所述散热模块包括n/2个相同高转速风冷模块(M1～M
n/2
)、一个电流继电器K与一个相同的直流辅助电源，其中n为奇数时向上取整；相同的高转速风冷模块(M1～M
n/2
)并联，与电流继电器K的常闭触点相连接后接直流辅助电源V
DC
。
[0015]沿着U型布局的PCB板对称轴，根据相邻两器件中点的位置刻出合适大小的方槽，使得并联的相同高转速风冷模块M1～M
n/2
(n为奇数时向上取整，下同)可以被嵌入其中，以便风冷模块工作时每个器件受到同样大小和方向的风力。采用嵌入式高转速风冷散热模块取代传统水冷散热系统，可以显著减小整个加速老化实验平台的体积，使所设计实验平台具有便携的特点。
[0016]进一步，当所有的功率器件接入大电流I时，电流继电器K动作，常闭触点打开，风冷模块(M1～M
n/2
)停止运行，器件进入加热阶段；当加热时间结束时，功率回路中的电流I变为0，电流继电器K的常闭触点闭合，风冷模块(M1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种便携型多分立式功率器件串联的加速老化实验平台，包括直流电源、采集模块，其特征在于，还包括功率回路、散热模块和上位机；所述功率回路采用U型对称回路布置在平台PCB板两侧，包括n个相同的分立式功率器件(Q1～Q
n
)、2n个测试底座(d1、s1、
…
、d
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、s
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，d1'、s1'、
…
、d
n
'、s
n
')、n个相同的驱动回路和2n个电压测试端(V
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、V
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、V
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')；其中，分立式功率器件(Q1～Q
n
)在平台PCB板的同一侧串联，每个功率器件对应连接一个驱动电路；电压测试端V
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'、V
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和V
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'位置在平台两侧完全对称，在两侧相应位置安装相同测试底座(d1、s1、d2'、s2'、
…
、d
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、s
n
、d
n
'、s
n
')，并在无器件一侧采用与分立式功率器件封装引脚同一尺寸的金属条连接测试底座d1'和s1'、d2'和s2'、
…
、d
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‑1'和s
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‑1'、d
n
'和s
n
'，此时测量功率器件的导通压降分别为V
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‑
V
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'、V
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‑
V
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V
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‑
V
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'；所述散热模块设置在相邻两功率器件中间位置，且各散热模块并联；所述采集模块包括电压采集卡和温度采集卡，分别采集各功率器件不同电压测试端之间的导通压降V
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和V
ds1
'、V
ds2
和V
ds2
'、
…
、V
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‑1和V
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‑1'、V
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和V
dsn
'，以及温度T1、T2、
…
、T
n
‑1和T
n
，通过上位机完成在线监测并保存实验数据；所述直流电源给实验平台提供...

【专利技术属性】
技术研发人员：李辉，朱哲研，姚然，赖伟，刘人宽，周柏灵，段泽宇，陈中圆，李尧圣，李金元，
申请(专利权)人：国网智能电网研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：