一种功率器件的短路测试装置及方法与流程

1.本发明实施例涉及电力电子器件测试技术领域，尤其涉及一种功率器件的短路测试装置及方法。


背景技术：

2.功率器件具有更高的效率和更强的功耗处理能力，这些优势正是当下高功耗高密度系统、服务器和计算机所需要的。包括消费品、工业、医用及交通运输业在内，百分之五十以上的电子电力系统都是通过功率器件来控制，功率器件的应用有力的降低系统成本和运行的效率、效能。
3.功率器件在绿色能源、节能环保等领域起着至关重要的作用，在国内需求更是迅速增长。功率器件的设计与工艺都要通过短路测试，产品最终的可靠性也要经得起测试的验证。
4.现有技术中功率器件短路测试存在的缺陷在于：需要多次更换功率器件的短路测试装置，以使功率器件的短路测试装置产生的测试信号与待测试功率器件匹配，测试过程复杂，且容易造成待测试功率器件的损坏。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供一种功率器件的短路测试装置及方法，以简化功率器件的短路测试过程，提高测试效率，同时拓宽了功率器件的短路测试装置的使用范围。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种功率器件的短路测试装置，该装置包括：包括高压电源模块、开关模块、脉冲信号产生模块和测试底座；
7.所述高压电源模块与所述开关模块连接，所述开关模块与所述测试底座的测试端子连接，所述开关模块用于在测试时闭合，将所述高压电源模块提供的高压电源信号输出至所述测试端子；所述脉冲信号产生模块与所述测试底座的控制端子连接，所述脉冲信号产生模块用于在测试时提供脉冲信号至所述控制端子；其中，所述脉冲信号的脉冲时间可调；所述测试底座用于在所述脉冲信号输出时测试待测试功率器件，直至所述待测试功率器件短路。
8.可选地，所述开关模块包括继电器；所述测试端子包括第一端子和第二端子；
9.所述继电器常开触点的第一端与所述高压电源模块的正向输出端连接，所述继电器常开触点的第二端与所述第一端子连接，所述高压电源模块的负向输出端与所述第二端子连接。
10.可选地，还包括高压电容；
11.所述高压电容的第一端与所述正向输出端连接，所述高压电容的第二端与所述负向输出端连接。
12.可选地，还包括计数模块；
13.所述脉冲信号产生模块通过所述计数模块与所述测试底座的控制端子连接，所述
计数模块用于对所述脉冲信号产生模块输出的脉冲信号进行计数。
14.可选地，该装置还包括电流测量模块；
15.所述电流测量模块与所述测试端子连接，所述电流测量模块用于在所述待测试功率器件短路时测量所述待测试功率器件的短路电流。
16.进一步地，所述电流测量模块包括探头和示波器；
17.所述探头与所述测试端子连接，所述示波器与所述探头连接，所述示波器用于在电流档测量所述待测试功率器件的短路电流。
18.第二方面，本发明实施例还提供了一种功率器件的短路测试方法，该方法采用本发明第一方面实施例中任一项所述的功率器件的短路测试装置执行，该方法包括：
19.闭合开关模块，高压电源模块提供的高压电源信号通过所述开关模块输出至测试底座的测试端子；
20.设定脉冲信号产生模块输出的脉冲信号的脉冲时间，所述脉冲信号产生模块提供脉冲信号至所述测试底座的控制端子；所述测试底座在所述脉冲信号输出时测试待测试功率器件；
21.调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路。
22.可选地，在调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路之后，还包括：
23.测量所述待测试功率器件的短路电流。
24.可选地，在闭合开关模块之前，还包括：
25.设定所述高压电源模块提供的高压电源信号的电压。
26.可选地，在调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路之后，还包括：
27.更换所述待测试功率器件；
28.确定所述脉冲信号的最大脉冲时间；其中，所述最大脉冲时间为所述待测试功率器件未短路时能承受的最大脉冲时间；
29.提供具有所述最大脉冲时间的脉冲信号至所述测试底座的控制端子，所述测试底座根据所述脉冲信号测试更换后的待测试功率器件；
30.计数所述脉冲信号，直至所述更换后的待测试功率器件短路。
31.本发明实施例中的高压电源模块提供的高压电源信号可以根据待测试功率的耐压等级进行设置，可以直接实现功率器件的短路测试装置与待测试功率器件的匹配，避免了待测试功率器件的损坏，增加了功率器件的短路测试装置的使用范围。同时脉冲信号产生模块提供的脉冲信号的脉冲时间可调，可以直接实现待测试功率器件的短路测试，简化了短路测试过程，提高了短路测试效率。
附图说明
32.图1是本发明实施例一提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图。
33.图2是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图。
34.图3是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图。
35.图4是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图。
36.图5是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图。
37.图6是本发明实施例三提供的一种功率器件的短路测试方法流程图。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
39.实施例一
40.图1是本发明实施例一提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图，如图1所示，该装置100包括：包括高压电源模块101、开关模块102、脉冲信号产生模块103和测试底座104。
41.高压电源模块101与开关模块102连接，开关模块102与测试底座104的测试端子105连接，开关模块102用于在测试时闭合，将高压电源模块101提供的高压电源信号输出至测试端子105；脉冲信号产生模块103与测试底座104的控制端子106连接，脉冲信号产生模块103用于在测试时提供脉冲信号至控制端子106；其中，脉冲信号的脉冲时间可调；测试底座104用于在脉冲信号输出时测试待测试功率器件，直至待测试功率器件短路。
42.其中，高压电源模块101用于测试时提供高压电源信号，高压电源模块101可以选用高压隔离电源、多路输出高压电源、便携式高压电源和高压直流电源等。优选的，高压电源模块101选用高压直流电源。高压电源模块101提供的高压电源信号的输出电压可调。在功率器件的短路测试装置对待测试功率器件进行短路测试之前，可以根据待测试功率器件的耐压等级设置，使得高压电源模块101既可以为功率器件的短路测试装置提供短路测试所需的电压信号，同时可以避免高压电源信号的输出电压过高导致待测试功率器件的损坏。
43.另外，在功率器件的短路测试装置中采用输出电压可调的高压电源模块101，可以使得功率器件的短路测试装置为不同耐压等级的待测试功率器件提供短路测试，增加了功率器件的短路测试装置的使用范围。示例性地，当待测试功率器件的耐压等级为650v时，可以设定高压电源模块101提供的高压电源信号的输出电压为400v；当待测试功率器件的耐压等级为1200v时，可以设定高压电源模块101提供的高压电源信号的输出电压为600v。
44.开关模块102串联于高压电源模块101和测试端子105之间，在对待测试功率器件进行短路测试时，可以使得开关模块102闭合，高压电源模块101提供的高压电源信号通过开关模块102输出至测试端子105；示例性地，开关模块可以选用按钮开关、微动开关、控制开关或继电器等。测试底座104用于放置待测试功率器件，测试底座104上的测试端子105和控制端子106分别与待测试功率器件的输入输出端和控制端连接。当测试端子105上具有高压电源信号时，测试端子105可以将高压电源信号传输至待测试功率器件，为待测试功率器件提供高压电源信号。示例性地，当待测试功率器件为igbt时，测试端子105与igbt的第一极和第二极连接，用于为igbt的第一极和第二极提供电压。
45.脉冲信号产生模块103用于在短路测试时为控制端子106提供脉冲信号。控制端子106与待测试功率器件的控制极连接，当控制端子106上具有脉冲信号时，该脉冲信号可以通过控制端子106传输至待测试功率器件的控制极，控制待测试功率器件的导通时间。其
中，根据待测试功率器件的类型，待测试功率器件可以划分为高电平导通的n型和低电平导通的p型，通过调节脉冲信号的脉冲时间，可以控制待测试功率器件的导通时间。其中，脉冲信号的脉冲时间可以为脉冲信号为有效电平的时间。例如，当待测试功率器件为n型时，脉冲时间为脉冲信号为高电平的时间，当待测试功率器件为p型时，脉冲时间为脉冲信号为低电平的时间。示例性地，脉冲信号产生模块103可以选用信号发生器，信号发生器是一种能提供各种频率、波形和输出电平电信号的设备。
46.以待测试功率器件为高电平导通为例进行说明待测试功率器件的短路测试过程。在功率器件的短路测试装置进行功率器件的短路测试时，确定高压电源模块101提供的高压电源信号的电压后，控制开关模块102导通，同时控制脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间为最小值，开始对待测试功率器件进行短路测试，此时待测试功率器件的导通时间为脉冲信号的脉冲时间。当待测试功率器件未发生短路时，可以步进式的增加脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间，直至待测试功率器件发生短路，并记录待测试功率器件发生短路前脉冲信号的脉冲时间，用于表征待测试功率器件的短路性能，完成待测试功率器件的短路测试。
47.其中，待测试功率器件的短路可以为待测试功率器件的热击穿，可以表现为待测试功率器件的烧毁。示例性地，可以设置脉冲信号产生模块103开始提供的脉冲信号的脉冲时间为1us，开始待测试功率器件的短路测试。在短路测试过程中，可以设置1us的间隔逐步增加脉冲时间，直至待测试功率器件发生短路，例如在nus时待测试功率器件发生短路，此时可以记录(n
‑
1)us用于表征待测试功率器件的短路性能，完成待测试功率器件的短路测试。
48.在上述短路测试过程中，可以通过脉冲信号产生模块103从脉冲时间的最小值逐步增加脉冲时间，直至待测试功率器件发生短路。从而可以通过调整高压电源模块101提供的高压电源信号直接实现功率器件的短路测试装置与待测试功率器件的匹配，避免了待测试功率器件的损坏，增加了功率器件的短路测试装置的使用范围。同时通过调整脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间可以直接实现待测试功率器件的短路测试，简化了短路测试过程，提高了短路测试效率。
49.需要说明的是，脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的幅值可以根据待测试功率器件的导通电压设置，当待测试功率器件为n型时，只需脉冲信号的高电平幅值大于待测试功率器件的导通电压。当待测试功率器件为p型时，只需脉冲信号的低电平幅值小于待测试功率器件的导通电压。
50.本发明实施例中的高压电源模块提供的高压电源信号可以根据待测试功率的耐压等级进行设置，可以直接实现功率器件的短路测试装置与待测试功率器件的匹配，避免了待测试功率器件的损坏，增加了功率器件的短路测试装置的使用范围。同时脉冲信号产生模块提供的脉冲信号的脉冲时间可调，可以直接实现待测试功率器件的短路测试，简化了短路测试过程，提高了短路测试效率。
51.实施例二
52.图2是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的组成及各部件间连接关系的示意图，本实施例在上述各实施例的基础上进行细化。
53.可选地，开关模块102包括继电器；测试端子105包括第一端子1051和第二端子
1052；
54.继电器常开触点的第一端与高压电源模块101的正向输出端连接，继电器常开触点的第二端与第一端子1051连接，高压电源模块101的负向输出端与第二端子1052连接。
55.其中，开关模块102包括继电器，继电器常开触点起到驱动电源导通与关闭的作用。继电器是一种电控制器件，在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。继电器常开触点串联于高压电源模块101和测试端子的第一端子1051之间，在对待测试功率器件109进行短路测试时，继电器线圈得电，使得继电器常开触点闭合，高压电源模块101正向输出端提供的高压电源信号，通过继电器常开触点输出至测试端子105的第一端子1051；高压电源模块101负向输出端提供的高压电源信号直接连接测试端子105的第二端子1052。当测试端子105的第一端子1051和第二端子1052具有高压电源信号时，可以将高压电源信号传输至待测试功率器件109，为待测试功率器件109提供高压电源信号。
56.需要说明的是，在其他实施例中，待测试功率器件还可以包括大于三个的端子，此时测试底座适应性设置相同数量的端子。
57.图3是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图，参考图3，
58.可选地，功率器件的短路测试装置还包括高压电容c1；高压电容c1的第一端与高压电源模块101正向输出端连接，高压电容c2的第二端与高压电源模块101负向输出端连接。
59.其中，高压电容c1用于短路测试时支撑总线电压和能量作用。高压电容c1是指电容器的耐压值很高，可以工作在相对较高的电压中。高压电源模块101向高压电容c1进行充电，当高压电容c1达到其预置值后，断开开关模块102，高压电容c1通过测试底座104向被待测试功率器件109进行放电。
60.需要说明的是，为保证高压电容c1的正常工作，被选用的高压电容c1的耐值不仅要大于其实际工作电压，而且还要留有足够的余地，一般选用耐压值为实际工作电压两倍以上的高压电容c1。
61.图4是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图，参考图4，
62.可选地，功率器件的短路测试装置还包括计数模块107；
63.脉冲信号产生模块103通过计数模块107与测试底座104的控制端子106连接，计数模块107用于对脉冲信号产生模块103输出的脉冲信号进行计数。
64.其中，脉冲信号产生模块103用于在短路测试时为控制端子106提供脉冲信号。测试底座104包括测试端子105和控制端子106。脉冲信号产生模块103通过计数模块107与测试底座104的控制端子106连接，计数模块107用于对脉冲信号产生模块103输出的脉冲信号进行计数。测试底座104的控制端子106与待测试功率器件109的控制极连接，当控制端子106上具有脉冲信号时，该脉冲信号可以通过控制端子106传输至待测试功率器件109的控制极，控制待测试功率器件109自动极限短路。
65.在进行短路测试过程之前，可以先设定脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间，该脉冲时间可以为待测试功率器件109能周期性承受的最大脉冲时间，其中，最大脉冲时间为待测试功率器件109未短路时能承受的最大脉冲时间。示例性的，在进行短路
测试过程中，设置脉冲信号产生模块103开始提供的脉冲信号的脉冲时间为1us，开始待测试功率器件109的短路测试。在短路测试过程中，可以设置1us的间隔逐步增加脉冲时间，直至待测试功率器件109发生短路，例如在nus时待测试功率器件发生短路，此时记录的(n
‑
1)us为待测试功率器件109的最大脉冲时间。
66.设定脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间后，通过计数模块107进行计数，高压电源模块101进行供电，开关模块102闭合，进行待测试功率器件109的短路测试。直到待测试功率器件109短路测试失效，通过计数模块107可查看到此次自动短路测试的次数。采用计数模块107查看自动短路测试的次数表征待测试功率器件的短路性能，从而可以进一步地评价待测试功率器件的短路性能。
67.需要说明的是，计数模块107可以选用脉冲计数器，脉冲计数器对许多物理量转换后的脉冲进行计数并输出控制信号，脉冲计数器通常采用纯硬件电路、可编程逻辑器件或者是单片机实现。
68.图5是本发明实施例二提供的一种功率器件的短路测试装置的结构框图，参考图5，
69.可选地，功率器件的短路测试装置还包括电流测量模块108；
70.电流测量模块108与测试端子105连接，电流测量模块108用于在待测试功率器件109短路时测量待测试功率器件109的短路电流。
71.具体地，短路电流为待测试功率器件109发生短路时通过待测试功率器件109的电流。电流测量模块108可以测量待测试功率器件109的短路电流，然后可以根据短路电流的大小进一步地用于表征待测试功率器件的短路性能。
72.进一步地，电流测量模块108包括探头和示波器；
73.探头与测试端子105连接，示波器与探头连接，示波器用于在电流档测量待测试功率器件109的短路电流。
74.其中，电流测量模块108与测试底座104的测试端子105连接，电流测量模块108用于在待测试功率器件109短路时测量待测试功率器件109的短路电流。电流测量模块108包括探头和示波器，探头与测试端子105连接，示波器与探头连接，示波器用于在电流档测量测试功率器件的短路电流。
75.在进行待测试功率器件109的短路测试时，确定高压电源模块101提供的高压电源信号的电压后，控制开关模块102导通，同时控制脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间为最小值，开始对待测试功率器件进行短路测试，此时待测试功率器件的导通时间为脉冲信号的脉冲时间。当待测试功率器件未发生短路时，可以步进式的增加脉冲信号产生模块103提供的脉冲信号的脉冲时间，直至待测试功率器件发生短路，并且此时通过电流测量模块108，可测量出待测试功率器件109的短路电流。用示波器的电流档测量短路电流，短路电流的波形通过探头显示在示波器上，从而实现短路电流的测量。
76.需要说明的是，示波器探头对测量结果的准确性以及正确性至关重要，它是连接被测电路与示波器输入端的电子部件。利用示波器能观察各种不同信号幅度随时间变化的波形曲线，还可以用它测试各种不同的电量，如电压、电流、频率、相位差、调幅度等等。
77.本发明实施例的测量装置中的开关模块包括继电器，该装置还包括高压电容，计数模块，电流测量模块。本发明实施例开关模块选用继电器，控制简单可靠，适应性强；计数
模块用于对脉冲信号产生模块输出的脉冲信号进行计数，可以统计功率器件的自动极限短路失效次数，并对结果进行准确记录，从而进一步地评价待测试功率器件；电流测量模块用于在待测试功率器件短路时测量待测试功率器件的短路电流，通过示波器进行显示，使得测试结果更加直观，从而进一步地提高短路测试的全面性与多样性。
78.实施例三
79.图6是本发明实施例三提供的一种功率器件的短路测试方法流程图，可适用于功率器件的短路测试，具体由本发明上述实施例所述的短路测试装置执行。具体步骤包括：
80.s210、闭合开关模块，高压电源模块提供的高压电源信号通过所述开关模块输出至测试底座的测试端子。
81.s220、设定脉冲信号产生模块输出的脉冲信号的脉冲时间，所述脉冲信号产生模块提供脉冲信号至所述测试底座的控制端子；所述测试底座在所述脉冲信号输出时测试待测试功率器件。
82.s230、调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路。
83.本发明实施例的短路测试方法通过脉冲信号产生模块在提供脉冲信号时，设置脉冲信号的脉冲时间从最小值逐步增加脉冲时间，直至待测试功率器件发生短路，可以直接实现待测试功率器件的短路测试，简化功率器件的短路测试过程，提高测试效率，拓宽功率器件的短路测试装置的使用范围。
84.可选地，在闭合开关模块之前，还包括：
85.设定所述高压电源模块提供的高压电源信号的电压。
86.通过设置高压电源模块提供的高压电源信号可以根据待测试功率的耐压等级进行设置，可以实现功率器件的短路测试装置与待测试功率器件的匹配，避免了待测试功率器件的损坏，增加了功率器件的短路测试装置的使用范围。
87.可选地，在调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路之后，还包括：
88.测量所述待测试功率器件的短路电流。
89.可选地，在调节所述脉冲信号的脉冲时间，直至所述待测试功率器件短路之后，还包括：
90.更换所述待测试功率器件；
91.确定所述脉冲信号的最大脉冲时间；其中，所述最大脉冲时间为所述待测试功率器件未短路时能承受的最大脉冲时间；
92.提供具有所述最大脉冲时间的脉冲信号至所述测试底座的控制端子，所述测试底座根据所述脉冲信号测试更换后的待测试功率器件；
93.计数所述脉冲信号，直至所述更换后的待测试功率器件短路。
94.上述短路测试方法可适用于本发明任意实施例所提供功率器件的短路测试装置，具备功率器件的短路测试装置具有的有益效果。
95.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还
可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。