[发明专利]一种SiC功率器件应用特性测试平台

说明书

本发明公开了一种SiC功率器件应用特性测试平台，包括硬件测试平台、数据采集示波器、NI数字控制器、高压直流电源和LabVIEW上位机监控装置；LabVIEW上位机监控装置将测试工况设置及采样设置经通讯接口分别传送给NI数字控制器、数据采集示波器和高压直流电源；NI数字控制器按照LabVIEW上位机指令进行测试器件驱动参数的设置和测试指令的在硬件测试平台上的实施，示波器则按照LabVIEW上位机指令采集相应数据；高压直流电源负责根据测试工况提供相应的直流电压，用于给测试电路母线电容预充电，硬件测试平台接受控制器控制指令完成测试工作。

技术领域

本发明属于电气测试技术领域，具体涉及一种SiC功率器件应用特性测试平台。

背景技术

功率半导体器件是电力电子变流器中的基础有源元器件，是组成电力电子装置的最基本元素。开关电源、新能源并网、机车牵引、电磁弹射等电力电子应用场合的不断发展为功率半导体器件的应用提供了广阔的空间。至今，硅基功率器件已经发展到了相当成熟的地步。为了进一步实现人们对高频、高温、高功率密度等具有理想特性功率器件的追求，越来越多的功率器件研究工作转向了新型半导体材料的功率器件。其中，尤以碳化硅(SiC)等宽禁带材料功率器件的研究最为活跃。宽禁带半导体材料具有高的禁带宽度、高的饱和电子漂移速度、高的击穿强度和低的介电常数等特点，这些物理特性决定了SiC在高温、高频、高功率应用场合是极为理想的半导体材料。宽禁带器件的发展必将给电力电子器件的发展带来又一次革命。其中，SiC MOSFET是电力电子领域最受重视和最有可能导致新一轮电力电子领域革命的宽禁带半导体器件，是当下电力电子科研工作的研究热点。SiC器件将逐步进入风电变流器领域，为风电系统的高效率、高功率密度和高可靠运行提供了新的发展契机。

大功率变流器作为新能源发电并网之中的重要组成部分，其可靠性显得非常重要。据调查显示，在变流器失效中有34％是由于器件失效所导致。实际工业应用中，为了保证电力电子器件的可靠运行，在选择大容量电力电子器件的额定值时按照实际运行的两倍，出现了大马拉小车的现象。为提高电力电子器件的容量利用率，需要对其应用特性进行测试，进一步掌握其应用特性，从而对其运行裕度进行评估。

目前，功率器件应用特性测试方法又可分为离线测试、准在线测试以及在线测试。

离线测试包括功率循环测试、温度循环测试、开关特性测试、静态参数测试、短路能力测试和强度测试等。其中功率循环测试为主动循环测试，通过对功率器件通入额定电流，使之消耗有功功率从而出现结温的变化。温度循环测试主要通过从外部对功率器件加温，使功率器件的结温出现变化。这两种方法可以获取不同温差ΔTj应力，不同最高结温Tjmax应力下，功率器件的循环次数以及其内部失效规律。静态测试主要是指在功率器件恒定关断或者导通的状态下，对功率器件进行测试及其参数提取。主要包括漏电极-源极导通压降、漏电极电流、阈值电压等。动态测试主要是指在功率器件开关过程中，对功率器件的开关特性进行测试。主要包括开关延迟时间、开关时间、开关损耗等。短路测试主要是指功率器件短路状态下，功率器件所承受的最大电流、短路电流持续时间及短路关断特性。强度测试主要是对功率器件的雪崩耐量进行测试和关断安全工作区进行测试评估。准在线测试主要是测试时使功率器件所承受的电压电流应力、热应力、机械应力等与实际运行工况中功率器件所受应力相当，具有一定的等效参考价值。在线测试主要是在实际运行工况中，提取功率器件的特性。从而增加实际工况中功率的可靠性。

发明内容

针对当前大容量SiC器件的动态特性综合测试方法及平台建设主要被半导体器件厂家垄断的客观现状，本发明设计可实现对当前大容量SiC器件进行离线测试的系统方案，并在此基础上进行测试设备的设计和搭建工作。