[发明专利]一种绝缘栅双极型晶体管性能退化试验方法

说明书

技术领域

本发明属于测试技术领域，涉及一种绝缘栅双极型晶体管性能退化试验方法。

背景技术

绝缘栅双极型晶体管(Insulated Gated Bipolar Transistor，IGBT)，，是由双极型三极管(BJT)和绝缘栅型场效应管(MOS)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件，兼有高输入阻抗和低导通压降两方面的优点。鉴于IGBT的以上特点，IGBT在高压、大电流、高速三方面是其他功率器件不能比拟的，因而是电力电子领域理想的开关器件，常用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等方面。

然而在实际应用中，IGBT常会受到过电压冲击、短路电流冲击、热应力循环、静电发生性能退化，最终导致器件失效。IGBT发生短路电流冲击时，IGBT内部电场重新分布，使得IGBT载流子迁移率产生严重的退化，导致N-沟道电阻增加，从而增加通态压降，而这种退化具有累积效应，当退化累积超过损伤容限时IGBT便发生失效。

目前，国内外对IGBT性能退化试验的研究较少，尚没有形成合理的、操作性强的IGBT性能退化试验方法。本试验方法可以在较短的时间里获得准确的绝缘栅双极型晶体管由于短路电流所造成的性能退化数据，利用此数据可以准确预测绝缘栅双极型晶体管在使用过程中的失效时间，以便在绝缘栅双极型晶体管失效前及时采取措施防止由于绝缘栅双极型晶体管失效而产生的严重故障，进而减少经济损失。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够更快、更准确获取绝缘栅双极型晶体管性能退化数据的性能退化试验方法，用于快速、准确的构建绝缘栅双极型晶体管性能退化模型，实现相关产品的健康监控。本发明的技术解决方案是，试验方法包括如下步骤，

(一)搭建试验装置

试验装置包括程控脉冲发生器、绝缘栅双极型晶体管试验电路板、程控电子开关A、程控电子开关B、程控数字万用表、功率电阻R_功率、工作电阻R_工作和直流电源，功率电阻R_功率和工作电阻R_工作并联后，一端与被测绝缘栅双极型晶体管T的集电极相接，另一端通过直流电源与绝缘栅双极型晶体管T的发射极相接，程控电子开关A与功率电阻R_功率串联，程控电子开关B与工作电阻R_工作串联；程控数字万用表的正端与绝缘栅双极型晶体管T的集电极相接，程控数字万用表的负端与绝缘栅双极型晶体管T的发射极相接；程控脉冲发生器通过绝缘栅双极型晶体管T试验电路板上的驱动模块与绝缘栅双极型晶体管T的栅极相接，并使程控脉冲发生器发出高电平绝缘栅双极型晶体管T导通，程控脉冲发生器发出低电平绝缘栅双极型晶体管闭合；

(二)设置试验装置参数

确定绝缘栅双极型晶体管的短路电流值I_短路i(i＝1，2，...，n)，I_短路i的取值范围为：

1.2×I_Max≤I_短路i≤2.5×I_Max(1)

其中，I_Max为被测绝缘栅双极型晶体管集电极-发射极最大正向电流；

利用公式：

确定功率电阻值R_功率、直流电源输出电压V_直流电源；

设置程控脉冲发生器参数：占空比＜0.5、脉冲宽度＜2ms及脉冲个数m为1～5个；

根据被测绝缘栅双极型晶体管T的实际工况，确定工作电阻R_工作值；

(三)绝缘栅双极型晶体管的导通饱和电压的测试流程如下：

(1)在保证程控电子开关A和程控电子开关B均处于断开状态下，给绝缘栅双极型晶体管T试验电路板供电，启动试验装置；

(2)闭合程控电子开关B；

(3)用程控数字万用表DMM记录工作回路下绝缘栅双极型晶体管T的导通饱和电压值V_{CE_Normal}；

(4)先断开程控电子开关B，再闭合程控电子开关A；

(5)程控脉冲发生器输出一组脉冲波形；

(6)先断开程控电子开关A，再闭合程控电子开关B；

(7)用程控数字万用表DMM记录绝缘栅双极型晶体管的导通饱和电压值V_CE1，通过公式V_{CE_P}＝|V_CE1-V_{CE_Normal}|计算导通饱和电压偏移值V_{CE_P}；