一种IGBT动态性能分析仪的制作方法

一种igbt动态性能分析仪
技术领域
1.本实用新型涉及一种igbt模块的特性测试领域，特别是涉及一种igbt动态性能分析仪。


背景技术：

2.igbt(insulated gate bipolar transistor)，绝缘栅双极型晶体管，是由bjt(双极型三极管)和mos(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有mosfet的高输入阻抗和gtr的低导通压降两方面的优点。gtr饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；mosfet驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。igbt综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。非常适合应用于直流电压为600v及以上的变流系统如交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域。半导体测试、新能源汽车电机控制器测试、变频器驱动单元测试、光伏逆变器驱动单元测试。
3.通常，研发人员都是使用示波器及普通高压电源和普通低压电源等设备对igbt模块进行单脉冲、双脉冲、二极管、短路等输出特性测试，以人工的方法在示波器上量测igbt的输出部分动态参数，或者较小部分以自动化方式，从而影响了测试效率、准确性；而且传统方法没有对igbt模块输入部分的动态参数进行测量，无法实现输入电路的定量计算，很多公司产品采取经验主义估算的方式，导致产品输入电路容易损坏，造成产品的可靠性降低，产品寿命大大缩短的问题。


技术实现要素：

4.鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种igbt动态性能分析仪，用于解决现有技术中无法对igbt输入部分的动态参数进行测量，无法实现输入电路的定量计算的问题。
5.为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种igbt动态性能分析仪，包括：工控机、高压电源、低压电源、信号发生器、示波器及igbt模块，其中，所述igbt模块的输入端设有测量电路；
6.所述工控机分别与所述高压电源、所述低压电源及所述信号发生器通讯连接；
7.所述工控机通过lan总线与所述示波器的输出端连接；
8.所述信号发生器的输出端分别与所述测量电路的输入端及所述示波器的触发端电连接，所述低压电源的输出端与所述测量电路的电源输入端电连接，所述高压电源的输出端与所述igbt模块的电源输入端电连接，所述igbt模块的输出端与所述示波器的信号输入端电连接。
9.于本实用新型的一实施例中，所述测量电路包括开关管q1、晶体管q2、电阻r1、电阻r2，所述igbt模块包括上桥臂q4及下桥臂q3；
10.电阻r1的一端与所述信号发生器的输出端连接，另一端与开关管q1的基极连接，开关管q1的集电极与所述低压电源的输出端连接，开关管q1的发射极与晶体管q2的漏极连
接，晶体管q2的栅极和源极连接后与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与下桥臂q3的栅极连接，下桥臂q3的源极接地，下桥臂q3的漏极与上桥臂q4的源极连接，上桥臂q4的栅极与负电源连接，上桥臂q4的漏极与所述高压电源的输出端连接；
11.所述测量电路还包括电感l1或大功率电阻，电感l1或大功率电阻串接在上桥臂q4的漏极与源极之间。
12.于本实用新型的一实施例中，所述工控机与所述高压电源、所述低压电源及所述信号发生器分别通过rs232总线实现通讯连接。
13.于本实用新型的一实施例中，还包括电压探头与电流探头，所述电压探头或所述电流探头连接在所述igbt模块的输出端与所述示波器的信号输入端之间。
14.于本实用新型的一实施例中，还包括显示器，所述显示器与所述工控机电连接。
15.于本实用新型的一实施例中，还包括电源开关，用于控制所述igbt动态性能分析仪的电源通断。
16.于本实用新型的一实施例中，还包括安全控制器；所述安全控制器设于所述控制柜内，所述安全控制器与所述高压电源电连接，用于对所述高压电源的高压电容进行放电；所述安全控制器的控制端与所述工控机电连接。
17.于本实用新型的一实施例中，还包括紧急开关，所述紧急开关与所述安全控制器电连接，用于触发所述安全控制器工作。
18.如上所述，本实用新型的一种igbt动态性能分析仪，具有以下有益效果：
19.将工控机与各测试仪器电连接，用户可通过工控机对高压电源、低压电源、信号发生器及示波器进行控制，同时工控机还可接收示波器的图片和数据信息，减少人工操作造成的误差和不确定性，提高了测试的效率和准确性；此外，在igbt模块的输入端串接有测量电路，可对igbt模块输入部分的动态参数进行测量，获取的测量值为用户对输入电路的定量计算提供了计算依据。
附图说明
20.图1显示为本实用新型实施例中公开的整体结构示意图。
21.图2显示为本实用新型实施例中公开的电气连接框图。
22.图3显示为本实用新型实施例中公开的测量电路接线图。
23.图4显示为本实用新型实施例中公开的测量电路的特性测量结果的波形图。
24.图5显示为本实用新型实施例中公开的igbt模块未连接测量电路的接线图。
25.图6显示为本实用新型实施例中公开的igbt模块未连接测量电路的示波器测量图。
26.元件标号说明：
[0027]1‑
控制柜；2
‑
操作柜；3
‑
工控机；4
‑
高压电源；5
‑
低压电源；6
‑
信号发生器；7
‑
示波器；
[0028]8‑
igbt模块；9
‑
测量电路；10
‑
安全控制器；11
‑
显示器；12
‑
电压探头与电流探头；
[0029]
13
‑
电源开关；14
‑
紧急开关；15
‑
键盘与鼠标。
具体实施方式
[0030]
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0031]
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
[0032]
请参阅图1，本实用新型提供一种igbt动态性能分析仪，包括：相互接触放置的控制柜1和操作柜2，控制柜1内设有工控机3、高压电源4、低压电源5、信号发生器6及示波器7；操作柜2内设有igbt模块8，其中，igbt模块8的输入端设有测量电路9。
[0033]
控制柜1及操作柜2中分别设有多个隔板，将控制柜1及操作柜2的内部空间分割为多个小空间，用于容纳各测试仪器。实际使用中，可根据使用习惯自行设定柜体形状及各测试仪器在柜内的放置位置，本方案对此不做限定。
[0034]
请参阅图2，工控机3分别与高压电源4、低压电源5及信号发生器6通讯连接，工控机3通过输出控制信号，触发高压电源4、低压电源5及信号发生器6工作。
[0035]
工控机3还通过lan总线与示波器7的输出端连接，用于接收示波器7的图片和数据信息，供用户分析处理。
[0036]
信号发生器6的输出端分别与测量电路9的输入端及示波器7的触发端电连接，当信号发生器6接收到工控机3的控制信号后，输出触发信号到测量电路9的输入端及示波器7的触发端，触发测量电路9及示波器7工作。
[0037]
高压电源4和低压电源5均为可编程电源，为电路提供工作电源。其中，低压电源5的输出端与测量电路9的电源输入端电连接，高压电源4的输出端与igbt模块8的电源输入端电连接。
[0038]
igbt模块8的输出端与示波器7的信号输入端电连接，本实施例中，igbt动态性能分析仪还包括电压探头与电流探头12，电压探头与电流探头12可放置于操作柜2的隔板上，当需要使用时，可接在igbt模块8的输出端与示波器7的信号输入端之间。
[0039]
请参阅图3，igbt模块8的输入前端设有测量电路9，本实施例中，igbt模块8采用的型号为ff450r12me4，主要包括上桥臂q4及下桥臂q3。测量电路9包括开关管q1、晶体管q2、电阻r1、电阻r2。
[0040]
其中，电阻r1的一端与信号发生器的输出端连接，另一端与开关管q1的基极连接，开关管q1的集电极与低压电源的输出端连接，开关管q1的发射极与晶体管q2的漏极连接，晶体管q2的栅极和源极连接后与电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端与下桥臂q3的栅极连接，下桥臂q3的源极接地，下桥臂q3的漏极与上桥臂q4的源极连接，上桥臂q4的栅极与负电源连接，上桥臂q4的漏极与高压电源的输出端连接。
[0041]
测量电路还包括电感l1或大功率电阻，电感l1或大功率电阻串接在上桥臂q4的漏极与源极之间。
[0042]
实际工作时，用户通过工控机3输出控制信号给低压电源5，将所需电压加至开关管q1的集电极；同时，工控机3输出控制信号给高压电源4，将所需电压加至上桥臂q4的漏极。
[0043]
工控机3发出控制信号给信号发生器6，信号发生器6输出所需开通脉冲给开关管q1的基极，开关管q1饱和导通状况下将电压加载至晶体管q2的漏极，晶体管q2产生恒流源，通过已知电阻r2给下桥臂q3的栅极充电。此时，上桥臂q4的栅极接负电压，被禁止工作。
[0044]
此外，电感l1为负载电感，用于为下桥臂q3提供通路，也可以用大功率电阻代替。
[0045]
上述测量电路的测量原理是，当在下桥臂q3的栅极以恒流ig驱动时间轴t时，时间轴t乘以ig，这样，时间轴可作为电荷量qg来读取。
[0046]
请参阅图4，图4中纵轴为下桥臂q3的栅极/源极电压vge，横轴为下桥臂q3的栅极充电电荷量qg。在图4的波形中，开始是由零开始上升的部分给栅极/源极电容cge充电的期间，接着是平面的部分给栅极/漏极电容cgc充电的期间。由此可以清楚的了解栅极/源极电容cge与栅极/漏极电容cgc充电所必需的电荷量各自不同。
[0047]
假设本实施例中以下桥臂q3的vce＝100v、ic＝5a、vge＝14v的条件下设计驱动电压时，示波器7通过电流探头获取栅极电流ig的值为5.0a，时间t的值为720ns，由此用户可得到栅极充电电荷量qg为36nc。驱动电路可以按以下公式来计算：
[0048]
驱动损耗pd＝f
·
qg
·
vge(f为工作频率)
[0049]
峰值电流ipeak＝q/ton(ton为单位周期内栅极开通时间)。
[0050]
由此可知，用户可对输入部分的动态参数进行测量，实现了输入电路的定量计算。通过上述定量计算，用户可对输入电路的驱动功耗及电流进行精确计算，以决定输入驱动电路元器件参数的选型，提高产品的可靠性、大大延长产品寿命。
[0051]
需要说明的是，当igbt模块8的输入端未接入测量电路9时，本igbt动态性能分析仪可作为测试仪器，对igbt模块8进行单脉冲测试、双脉冲测试、连续脉冲测试、二极管测试、短路测试等多种类型测试。
[0052]
请参阅图5，以双脉冲测试为例来进行说明。
[0053]
用户可预先在工控机3设置高压电源4、信号发生器6的输出参数，以及示波器7的工作参数，设置好后，即可通过工控机3控制高压电源4、信号发生器6以及示波器7。
[0054]
高压电源4为igbt模块8提供母线电压，信号发生器6输出双脉冲到igbt模块8的输入端，同时将信号传输至示波器7的触发端，示波器7将检测的图像和数据传输至工控机3，供用户分析和处理。
[0055]
请参阅图6，在t1为10us、t2为4us、t3为5us，栅极为15v，母线高压为50v条件下的测试结果：集电极电流ic:21.4a，电流变化率di/dt:825a/us，开关损耗0.08mj。
[0056]
继续说明，本实施例中的igbt动态性能分析仪还包括显示器11。
[0057]
请参阅图1，显示器11设于控制柜1的外侧，并与工控机3通讯连接，用户可通过显示器11对工控机3进行操作。同时，为了方便操作，还可设有键盘与鼠标15，键盘与鼠标15可放置在控制柜1的隔板上，且该隔板可与控制柜1的内壁通过导轨滑动连接。
[0058]
请参阅图1，控制柜1的外侧还设有电源开关13，用于控制igbt动态性能分析仪的电源通断。
[0059]
请参阅图1及图2，本实施例中的igbt动态性能分析仪还包括安全控制器10，安全
控制器10设于控制柜1内，安全控制器10与高压电源4电连接，用于对高压电源4的高压电容进行放电；此外，安全控制器10的控制端与工控机3电连接。
[0060]
控制柜的外侧还设有紧急开关14，紧急开关14与安全控制器10电连接，用于触发安全控制器10工作。用于在工控机3失效时，用户可通过紧急开关14触发安全控制器10，对高压电源4的高压电容进行放电。
[0061]
在测试结束时，可通过工控机3或紧急开关14，触发安全控制器10工作，对高压电源4内的高压电容进行放电处理，使测试过程更加安全；在做自动化连续测试时，也可通过工控机3或紧急开关14，触发安全控制器10工作，对高压电源4内的高压电容进行放电处理，使高压电源的输出电压持续下降，方便测试。
[0062]
综上所述，本实用新型的一种igbt动态性能分析仪，将工控机与各测试仪器电连接，用户可通过工控机对高压电源、低压电源、信号发生器及示波器进行控制，同时工控机还可接收示波器的图片和数据信息，减少人工操作造成的误差和不确定性，提高了测试的效率和准确性；此外，在igbt模块的输入端串接有测量电路，可对igbt模块输入部分的动态参数进行测量，实现了输入电路的定量计算；再次，还在高压电源上接有安全控制器，在测试结束或自动化连续测试时，对高压电源内的高压电容进行放电处理，使测试更安全、便利。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
[0063]
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。