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專利名稱：絕緣柵雙極性晶體管損耗在線測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于物理技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種絕緣柵雙極性晶體管損耗在線測試儀。
絕緣柵雙極性晶體管(以下簡稱IGBT)作為—種新型的大功率器件在逆變電技術(shù)中正在獲得廣泛應(yīng)用，但I(xiàn)GBT管在應(yīng)用時存在的最大問題是如何估算它的實際損耗，因為這直接關(guān)系到產(chǎn)品的可靠性和成本問題。設(shè)計時選擇的參數(shù)裕量過大，管子價格貴不言而喻，進(jìn)而使產(chǎn)品的制造成本增大；選擇的參數(shù)過小，勢必造成產(chǎn)品可靠性降低。目前世界各國IGBT生產(chǎn)廠家所提供的最大允許損耗參數(shù)是在管子殼溫為25℃時的值，這大大遠(yuǎn)離使用殼溫為90℃時應(yīng)具有的值。雖有極少數(shù)制造商給出了管子在高溫時的參數(shù)值，但還受各種條件的制約，在實際應(yīng)用上仍然不能適應(yīng)具體情況的需要。如何在具體線路設(shè)計上估計IGBT管的在線允許損耗，國內(nèi)外的設(shè)計者目前均采用計算法，即根據(jù)制造商所提供的參數(shù)、根據(jù)—定的原理進(jìn)行計算。這樣的作法尚有如下不足計算法所考慮的因素往往不全面；計算法所引用的參數(shù)值往往不準(zhǔn)確；計算法本身帶有一定的假設(shè)性；環(huán)境因素、安裝工藝、負(fù)載性質(zhì)對實際允許損耗的影響無實用算法。
本實用新型的目的在于提供一種IGBT管損耗在線測試儀，即在IGBT管的應(yīng)用現(xiàn)場直接測試實際允許損耗，而不考慮安裝工藝、環(huán)境溫度、負(fù)載性質(zhì)、以及線路形式等等因素的影響。
本實用新型采用半導(dǎo)體表面溫度計測量IGBT管的殼溫，采用霍爾電流變送器測量其集電極電流Ic波形，采用兩只分壓器測量其c極電壓變化，其中之一用于測量全程電壓U，另一和放大器配合測量其飽和電壓Us；采用30MHz、多通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀對Ic、U、Us、殼溫信號進(jìn)行采樣，通過計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、求得各種最大允許損耗指標(biāo)。本實用新型包括測試單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元，測試單元有四個測試器，表面溫度計經(jīng)傳感器接觸測試IGBT管的殼溫后通過電纜送至采集儀的—個通道；霍爾電流變送器的導(dǎo)線孔用于通過IGBT管集電極C的連接引線，其輸出端和采集儀的—個通道相連；兩個分壓器的高壓端用于接IGBT管的集電極，低壓端用于接IGBT管的發(fā)射極，其中—個分壓器的輸出端經(jīng)電纜接采集儀的—個通道，另—個分壓器的輸出端經(jīng)放大器放大后經(jīng)電纜接采集儀。采集儀輸出接入計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)—步的描述。


圖1為IGBT管損耗在線測試儀原理框圖。
圖2為分壓器原理圖。
圖3為IGBT管極電集電壓電流波形示意圖。
圖4為多通道動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀原理圖。
圖1是IGBT管損耗在線測試儀原理框圖。它是由半導(dǎo)體溫度計2、霍爾電流變送器3、分壓器7、分壓器8、放大器6、30MHz動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀4、微型計算機(jī)5等組成。所需檢測的外電路部分1中有CT60AM-20型IGBT管，Z為負(fù)載阻抗，當(dāng)然外電路還可以為其它多種多樣的形式之一，以及不同型號的IGBT管。
在圖2中，半導(dǎo)體表面溫度傳感器J，型號MF11接觸測試IGBT管的殼溫，其輸出T輸入到SFED-200溫度計2，溫受計2的輸出通過電纜送至采集儀4的通道2(ch2)；霍爾電流變送器3，HBs-B、的導(dǎo)線孔Q中用以通過IGBT管集電極c的連接引線，其輸出端和KES-020108動態(tài)數(shù)據(jù)采集儀4的通道1(ch1)相連；由R1、R2和R3、R4組成的分壓器7、8的高壓端和IGBT管c極相連，它們的低壓端和IGBT管的e極相連，分壓器8的輸出端和動態(tài)采集儀4的通道3(ch3)相連，分壓器7的輸出端通過R5與放大器6的正輸入端相連，放大器6由R5、R6、R7和IC1組成同相放大器，IC1采用寬頻帶芯片CA3100，放大器6的放大倍數(shù)由R7與R6的比值所確定，其輸出端和動態(tài)采集儀4的通道4(ch4)相連，動態(tài)采集儀4和微型計算機(jī)通過通訊總線相連。
半導(dǎo)體表面溫度計2用于測量IGBT管的殼溫，本實用新型規(guī)定當(dāng)IGBT管殼溫達(dá)120℃時所測試的各種損耗參數(shù)為允許最大損耗參數(shù)。即在IGBT管的應(yīng)用場合，調(diào)節(jié)其消耗功率，使殼溫達(dá)到120℃時，開始測試它的各種損耗。
霍爾電流變送器3感應(yīng)IGBT管集電極電流Ic的變化，其波形示于圖2(a)曲線①，供動態(tài)采集儀4采集。分壓器8使IGBT管的集電極電壓降壓、以適于動態(tài)采集儀4測量，分壓器8所測的為全程電壓U，其波形示于圖2(a)曲線②，注意不同被測電路、不同的直流電壓Uc、分壓比不同。分壓器7降低IGBT管集電極電壓后，再經(jīng)過放大器6的放大，放大器6的放大倍數(shù)選取應(yīng)使IGBT的飽和壓降U8放大到足以能供動態(tài)采購儀5采集，其波形示于圖2(b)。
圖3中的U、Ic、Us等隨時間變化的信號被動態(tài)采集儀4采集到后送往計算機(jī)5進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，以一定的計算方法可以獲得各種損耗參數(shù)，如總損耗、通態(tài)損耗、開通損耗、和關(guān)斷損耗。
圖4為多通道數(shù)據(jù)采集儀原理圖。圖中示出了采集儀的兩個結(jié)構(gòu)完全相同的通道。各通道均由輸入通道ch1、ch2……chn通過接口接入30MHz，12位數(shù)模轉(zhuǎn)換(ADC)芯片AD9027BD(內(nèi)帶采樣保持)，AD9027BD輸出的數(shù)據(jù)總線直接和存儲器芯片62256的數(shù)據(jù)總線相連，用于把各自輸入端送來的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并存寫于各自存儲器。存儲器的地址由兩種地址信號控制本機(jī)地址總線ADD1，計算機(jī)地址總線ADD2，存儲器的數(shù)據(jù)總線還輸入到三組三態(tài)緩沖器74365，其輸出分別X總線(X-BUS)、Y總線(Y-BUS)、D總線(D-BUS)，用于把存儲器的數(shù)據(jù)有選擇的送往這三組數(shù)據(jù)總線。基準(zhǔn)時鐘9產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)定時脈沖信號，分別送往各通道的AD9027BD芯片啟動端(STAST)、計數(shù)器10、地址發(fā)生器11。時鐘脈沖的上升沿使各通道的AD9027BD芯片同時進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，其下降沿把數(shù)據(jù)寫入對應(yīng)存儲器，此時存儲器始終處于寫入狀態(tài)。計數(shù)器10由一組二進(jìn)制計數(shù)器組成，其計數(shù)范圍為各通道存儲器的存儲量，當(dāng)計數(shù)滿時，送出一脈沖信號到基準(zhǔn)時鐘9的C端，以終止時鐘脈沖的輸出，使采樣過程結(jié)束。地址發(fā)生器11用于產(chǎn)生二進(jìn)制地址，同時送往各通道存儲器62256的ADD1端，時鐘脈沖的上升沿使地址值增1。面板控制器12的功能為①控制各通道存儲器的地址切換；②控制各通道的緩沖器74365，使哪個通道數(shù)據(jù)信號送往哪組數(shù)據(jù)總線，圖中控制線l、m；③送觸發(fā)信號到計數(shù)器10的T端，使計數(shù)器清零，進(jìn)而使基準(zhǔn)時鐘9輸出，開始一個采集過程。DAC轉(zhuǎn)換器由兩片12位的D/A轉(zhuǎn)換芯片DA1210組成，其數(shù)據(jù)輸入端分別和X總線與Y總線相連，其模擬輸出端可送往外部的X-Y記錄儀或示波器，用于任意兩通道信號的數(shù)模轉(zhuǎn)換。選擇合適的控制方式和參數(shù)，采集儀可對多通道的瞬態(tài)信號進(jìn)行高速同時采集，采集過程由硬件實現(xiàn)，無需軟件參與，并能將采集數(shù)據(jù)送往計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
本實用新型的最大特點是采用了動態(tài)采集技術(shù)。采用IGBT損耗在線測試儀，可以不考慮安裝工藝、環(huán)境溫度、負(fù)載性質(zhì)以及線路形式等因素來對IGBT的集電極電流Ic、全程電壓U、飽和電壓Ua和殼溫參量進(jìn)行在線動態(tài)檢測(采集)，經(jīng)計算機(jī)數(shù)據(jù)處理求得實際允許損耗。它是IGBT管損耗在線測試的，簡潔、快速、有效的測試手段。
權(quán)利要求1.絕緣柵雙極性晶體管損耗在線測試儀，它包括測試單元、數(shù)據(jù)采集單元和數(shù)據(jù)處理單元，其特征在于測試單元有四個測試器，表面溫度計經(jīng)傳感器接觸測試IGBT管的殼溫后通過電纜送至采集儀的—個通道；霍爾電流變送器的導(dǎo)線孔用于通過IGBT管集電極C的連接引線，其輸出端和采集儀的—個通道相連；兩個分壓器的高壓端用于接IGBT管的集電極，低壓端用于接IGBT管的發(fā)射極，其中一個分壓器的輸出端經(jīng)電纜接采集儀的—個通道，另一個分壓器的輸出端經(jīng)放大器放大后經(jīng)電纜接采集儀。
專利摘要一種物理技術(shù)領(lǐng)域的絕緣柵雙極性晶體管損耗在線測試儀，它包括測試、采集和數(shù)據(jù)處理單元，測試單元有四個測試器，表面溫度計測試IGBT管的殼溫后送至采集儀的一個通道；霍爾電流變送器測試出IGBT管集電極電流信號送往采集儀通道；兩個分壓器輸入端接IGBT管的集、射極，其一的輸出端接采集儀通道，另一個的輸出端經(jīng)放大器放大后接入采集儀。本實用新型采用了動態(tài)采集技術(shù)。可對IGBT管的各參量進(jìn)行在線測量并計算出實際允許損耗。
文檔編號G01R31/27GK2230042SQ9524516
公開日1996年6月26日 申請日期1995年8月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月4日
發(fā)明者劉軍海, 陸明珠, 何家文, 蘇啟生 申請人:西安交通大學(xué)