功率半導(dǎo)體器件測(cè)試用脈沖電流源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

功率半導(dǎo)體器件測(cè)試用脈沖電流源的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)隨著大功率設(shè)備在工業(yè)控制領(lǐng)域持續(xù)發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件的功率水平也隨之不斷提高，從而給生產(chǎn)和測(cè)試帶來諸多挑戰(zhàn)。本文對(duì)國(guó)內(nèi)外脈沖功率技術(shù)進(jìn)行深入研究，通過電磁暫態(tài)分析軟件對(duì)理論模型進(jìn)行仿真以確定脈沖電流源內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)分布參數(shù)，詳細(xì)描述脈沖電流源軟硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，最后對(duì)其輸出特性進(jìn)行驗(yàn)證。目前，該脈沖電流源在IGBT大功率半導(dǎo)體器件測(cè)試中取得較好的效果?！娟P(guān)鍵詞】功率半導(dǎo)體器件脈沖電流源性能驗(yàn)證1引言隨著功率半導(dǎo)體器件的發(fā)展，絕緣柵雙極型晶體管（InsulatedGateBipolarTransistor，IGBT）因具有輸入阻抗高、開關(guān)損耗小、通斷速度快、控制電路簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，正在逐步替代如MOSFET、SCR、雙極型達(dá)林頓管等功率器件，廣泛應(yīng)用在可逆變電路、伺服控制系統(tǒng)、交流電機(jī)控制、不間斷電源、斬波電源等工業(yè)生產(chǎn)中，其性能是否優(yōu)良直接關(guān)系著工程的品質(zhì)和成敗。功率半導(dǎo)體器件相關(guān)參數(shù)的測(cè)試問題已經(jīng)成為功率半導(dǎo)體器件生產(chǎn)商、裝備制造單位和計(jì)量校準(zhǔn)部門非常關(guān)注的問題。在功率半導(dǎo)體器件實(shí)際測(cè)試過程中，當(dāng)測(cè)試設(shè)備需要對(duì)被測(cè)器件施加較大的功率時(shí)，被測(cè)器件因?yàn)樾酒瑴厣龑?dǎo)致測(cè)試數(shù)據(jù)漂移不穩(wěn)定，甚至施加持續(xù)時(shí)間過長(zhǎng)以致器件損壞。為了減少溫升帶來的影響，國(guó)標(biāo)規(guī)定了功率半導(dǎo)體器件參數(shù)測(cè)試可采用脈沖測(cè)試法，即測(cè)試設(shè)備對(duì)被測(cè)器件施加滿足功率條件的瞬時(shí)單次脈沖信號(hào)，對(duì)半導(dǎo)體器件進(jìn)行參數(shù)測(cè)試。然而在國(guó)內(nèi)功率半導(dǎo)體器件測(cè)試設(shè)備的市場(chǎng)中，國(guó)外進(jìn)口設(shè)備占據(jù)絕大部分，典型的設(shè)備有瑞士LEMSYSSA公司針對(duì)IGBT測(cè)試的TRds系列。國(guó)內(nèi)公司生產(chǎn)的測(cè)試設(shè)備在測(cè)試范圍和性能指標(biāo)均與國(guó)外同類產(chǎn)品有一定差距。本文所研制的脈沖電流源，能夠滿足國(guó)內(nèi)大部分功率半導(dǎo)體器件測(cè)試時(shí)的功率和指標(biāo)要求。2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)脈沖電流源采用模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，由高壓充電單元、充電保護(hù)單元、高壓測(cè)量單元、LC充放電網(wǎng)絡(luò)、放電匹配單元、脈沖檢測(cè)單元和監(jiān)測(cè)控制單元組成?？傮w結(jié)構(gòu)如圖1所示。脈沖電流源主要分成硬件和軟件兩個(gè)部分。由圖1可以看出，監(jiān)測(cè)控制單元通過發(fā)送控制信號(hào)來控制高壓充電單元給LC充放電網(wǎng)絡(luò)供電，高壓測(cè)量單元實(shí)時(shí)采集LC充放電網(wǎng)絡(luò)電壓幅值并反饋給監(jiān)測(cè)控制單元。當(dāng)電壓采集值等于系統(tǒng)設(shè)定值時(shí)，監(jiān)測(cè)控制單元控制放電匹配單元釋放電流，此時(shí)脈沖檢測(cè)單元將采集的脈沖電流信號(hào)傳送到監(jiān)測(cè)控制單元所示。程序啟動(dòng)后，首先對(duì)所有的控制開關(guān)進(jìn)行復(fù)位；用戶設(shè)置需要輸出的電流幅值，然后點(diǎn)擊充電按鈕，開啟充電開關(guān)并實(shí)時(shí)采集電壓電流信號(hào)，當(dāng)采集到的電流幅值與設(shè)置值相等時(shí)，“充電完成”狀態(tài)指示燈亮起，提示準(zhǔn)備放電；點(diǎn)擊放電按鈕后，執(zhí)行放電程序，并在面板上顯示采集到的電流幅值，完成放電過程。所執(zhí)行的控制程序如圖6所示。4脈沖電流源性能驗(yàn)證脈沖電流源最大輸出脈沖電流幅值達(dá)3000A，必須經(jīng)過分流器轉(zhuǎn)換才能通過數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行測(cè)量。系統(tǒng)選用型號(hào)為4418（0.001V/A）的Pearson線圈作為轉(zhuǎn)換設(shè)備，其具有響應(yīng)時(shí)間快、信號(hào)失真低和不受位置限制的優(yōu)點(diǎn)，通過數(shù)據(jù)采集器NIPXI-5122捕獲并顯示波形。其性能驗(yàn)證示意如圖7所示。驗(yàn)證脈沖電流源輸出波形時(shí)，設(shè)置輸出電流幅值為3000A，得到如圖8所示的實(shí)測(cè)波形。脈沖電流源輸出精度的驗(yàn)證，按照選取波形穩(wěn)定部分中間三分之一段的選點(diǎn)原則來計(jì)算脈沖電流幅值，通過測(cè)量多個(gè)輸出點(diǎn)來總體衡量脈沖電流源的輸出精度。電流幅值實(shí)測(cè)結(jié)果如表1所示。從圖8和表1可以看出，脈沖電流源的輸出波形滿足方波特性，其性能指標(biāo)均在1%以內(nèi)。5結(jié)束語本文對(duì)功率半導(dǎo)體器件測(cè)試用脈沖電流源的研制進(jìn)行了研究，詳細(xì)描述脈沖發(fā)生原理和軟硬件設(shè)計(jì)過程，經(jīng)實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證了該脈沖電流源具有穩(wěn)定的輸出性能，滿足在測(cè)量功率半導(dǎo)體器件相關(guān)參數(shù)時(shí)的功率和指標(biāo)要求，為后期功率半導(dǎo)體器件的測(cè)試奠定了基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)[1]陳景亮，姚學(xué)玲等.脈沖電流技術(shù)[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，2008：57-65.[2]張仁豫，陳昌漁等.高電壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2009：188-190.[3]LiuChong，YuLihong.ResearchonAmplitudeCalibrationofHighPulseCurrentSourceofSemiconductorDeviceTestSystem.[C].IEEEConf