[发明专利]IGBT低频噪声检测装置

说明书

IGBT低频噪声检测装置，涉及电子测量技术领域，解决现有电子器件可靠性检测中对器件的损伤问题，整体系统包含硬件测试系统和软件分析平台两个部分。硬件系统包含电源系统、低噪声偏置电路、低噪声前置放大器及高速数据采集卡四个部分模块；软件分析平台分为时域分析模块、频域分析模块、数据存储模块、数据读取模块、信号采集模块和报告生成模块。其中的硬件系统主要完成IGBT漏极电压噪声的测量，软件平台主要完成低频噪声数据的时间序列的显示，并对高速数据采集卡得到的噪声数据完成频谱分析，最终实现IGBT器件的低频噪声的检测。本发明可避免传统电子器件可靠性检测中对器件噪声的不可逆损伤，实现对IGBT低频噪声的无损检测。

技术领域

本发明涉及电子测量技术领域，具体涉及一种用于对IGBT器件的低频噪声进行检测的装置。

背景技术

IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor,绝缘栅双极型晶体管)结合了双极型晶体管(BJT)低饱和电压、大电流以及金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)高速开关及电压驱动的特点，具有电压控制、驱动简单、开关频率高、开关损耗小、输入阻抗高、输出阻抗低等优点，广泛应用于功率电力设备中。IGBT广泛应用于消费类电器、工业控制、新能源发电、智能电网、机车牵引、航空航天、高铁和城市轨道交通等领域，成为变流装置的主要功率开关器件，其可靠性直接关系着整个电气系统的安全运行。例如，风电机组关键部件故障中，变流器故障频次是最高的，高达0.2次/台，而IGBT又是变流器故障中故障率最高的器件，高达30％以上；当IGBT用于控制系统(如航天运载火箭)中时，其可靠性直接关系着整个火箭的轨道运行情况。为了避免由于IGBT器件故障引起的系统崩溃造成事故发生和经济损失，需要不断地更新和扩展IGBT故障诊断技术和可靠性评估方法。

低频噪声对电子器件的缺陷非常敏感，现有的研究表明，即使在具有相同I-V特性的器件中却可以观察到很大差异的低频噪声。同时，低频噪声可以用来研究电子器件内部微观尺度上发生的载流子波动和陷阱产生、复合的现象，从而作为微电子材料和器件的质量和可靠性的表征工具。

针对不同的电子元器件的噪声研究，需要不同的专用噪声测量系统。例如，集成运算放大器的噪声系数的确定所需的噪声测量系统包括低噪声电源、前置放大器、已知带宽的滤波器和电压表；晶体管噪声系数的测量，则需要额外的低噪声偏置源。

发明内容

本发明为解决现有电子器件可靠性检测中对器件的损伤问题，提供了一种一种IGBT低频噪声检测装置。

IGBT低频噪声检测装置，包括电源系统、低噪声偏置电路、低噪声前置放大器、高速数据采集卡及分析模块；

所述电源系统的输出端采用EMI低通滤波器消除电磁场对测量的干扰，低噪声偏置电路为待测IGBT器件提供连续可变的偏置电压，所述待测IGBT器件输出低频噪声信号，

所述前置放大器对所述低频噪声信号进行放大，并由数据采集卡实现对放大后噪声信号的采集，最终由分析模块实现对低频噪声信号时间序列和频谱的显示与分析。

本发明的有益效果：本发明所述的IGBT低频噪声检测装置通过软件和硬件设计，可避免传统电子器件可靠性检测中对器件噪声的不可逆损伤，实现对IGBT低频噪声的无损检测，以便后续通过IGBT低频噪声特性分析器件的可靠性。

附图说明

图1为本发明所述的IGBT低频噪声检测装置的原理框图；

图2为低噪声可编程线性电源电路图；

图3为EMI滤波器电路图；

图4为低噪声前置放大器整体框图；

图5为软件平台前面板示意图；

图6为IGBT器件低频噪声时间序列效果图；

图7为IGBT器件频谱分析效果图；