[发明专利]一种回路对称的开关器件双脉冲测试叠层母排及测试系统

说明书

一种回路对称的开关器件双脉冲测试叠层母排及测试系统，属于开关器件测试技术领域，解决如何降低叠层母排的杂散电感的问题；在主回路母排的上表面和下表面，等效电流的路径形成了一个上下对称的回路，回路中的电流大小相等，方向相反，根据右手定则，回路中产生的磁场相互抵消，因此，回路引入的杂散电感可以等效为零，最大限度地减小了电流剩余回路，大大降低了回路的杂散电感，满足了SiC基开关器件的双脉冲测试需求；设计了两个支路母排，将电流传感器安装在支路母排上，可以安装不同类型的电流传感器，适用性强；同时回路中电流路径的宽度为支路母排的宽度，电流路径的宽度不再受电流传感器直径的限制，回路中的杂散电感进一步降低。

技术领域

本发明属于开关器件测试技术领域，涉及一种回路对称的开关器件双脉冲测试叠层母排及测试系统。

背景技术

随着半导体行业的迅猛发展，传统的硅(silicon,Si)基开关器件受到其材料本身的限制，在一定程度上难以满足电力电子领域中高频率、大功率以及低损耗的性能要求。相比于传统的硅基开关器件，碳化硅(silicon carbide,SiC)基开关器件作为一种宽禁带器件，具有耐高压、高温、导通电阻低、开关速度快等优点而受到广泛关注。

1、开关器件的双脉冲测试

双脉冲测试是广泛应用于开关器件、如IGBT等功率开关器件特性评估的一种测试方法，该测试方法不仅可以评估对象元件的开关特性，还可以评估和IGBT一同使用的快恢复二极管(FRD)的反向恢复特性。对导通时发生反向恢复特性引起损耗的电路的评估非常有效。

如图11所示，双脉冲测试就是给被测开关器件两个脉冲作为驱动控制信号，其中，第一个脉冲的下降沿作为关断过程的观测时刻，而第二个脉冲的上升沿则作为开通过程的观测时刻。开关器件双脉冲测试的意义在于：1)对比不同的开关器件的参数；2)评估开关器件驱动板的功能和性能；3)获取开关器件在开通、关断过程的主要参数,以评估Rgon及Rgoff的数值是否合适。通常我们对某款开关器件的认识主要是通过阅读相应的datasheet，但实际上，数据手册中所描述的参数是基于一些已经给定的外部参数测试得来的，而实际应用中的外部参数都是个性化的，往往会有所不同，因此这些参数有些是不能直接拿来使用的。我们需要了解开关器件在具体应用中更真实的表现；4)开通、关断过程是否有不合适的震荡；5)评估二极管的反向恢复行为和安全裕量；6)开关器件关断时的电压尖峰是否合适，关断之后是否存在不合适的震荡；7)评估开关器件并联的均流特性；8)测量母排的杂散电感。

2、传统的罗氏线圈介入方式存在的缺点

在双脉冲测试中，被测IGBT等功率开关器件通常为半桥结构，需要两个电流传感器分别测量上下桥臂的电流。传统的叠层母排的电流传感器的接入方式如下：在叠层母排的上、下表面分别跨接导线，导线穿过上、下表面的罗氏线圈，从而检测流过上、下表面的电流，这种采用跨接导线的方式，增加了测试线路的长度，破坏了叠层母排的上、下表面完全对称的结构，在罗氏线圈的介入点，等效电流的路径之间的距离增加，引入了额外的杂散电感。

3、杂散电感储能对开关器件的影响

在开关器件双脉冲测试时，外围测试电路中存在线路杂散电感，在开关器件高电压、大电流、开关频率越来越高的趋势下，杂散电感引起的电压尖峰的影响越来越大，开关器件的快速关断过程中会产生很大的di/dt，因此测试电路中的杂散电感的存在会在开关器件的两端形成电压尖峰，电压尖峰会击穿开关器件，造成开关器件的损坏，尤其对碳化硅基等高频开关器件影响特别严重。

杂散电感是靠磁场储存能量的，杂散电感磁场储能的计算公式为:其中I指的是额定电流，L_s指的是线路的杂散电感，由于额定电流是根据客户需求而设定的，不能改变，因此，减小杂散电感磁场储能的唯一办法只能是尽可能地减小L_s的值。

为此，亟需设计一种杂散电感低的叠层母排，以满足SiC基开关器件的双脉冲测试需求。

发明内容