[发明专利]一种用于功率器件动态测试的高速开关保护电路

说明书

本发明涉及一种用于功率器件动态测试的高速开关保护电路，包括第一待测器件Q1、第一待测二极管D1、负载电感L、母线电源Vbus、测试脉冲发生器P2和数字存储示波器DSO；母线电源Vbus经串联的高速开关模块、负载电感L及第一待测器件Q1接地，负载电感L与第一待测二极管D1并联，第一待测二极管D1正极连接第一待测器件Q1集电极，第一待测器件Q1栅极和发射极与测试脉冲发生器P2连接，数字存储示波器DSO检测第一待测器件Q1的电压和电流；高速开关模块在测试脉冲发生器P2的测试双脉冲前后控制连通或微秒级关断母线电源Vbus供电。本发明在测试脉冲结束微秒时间内撤除母线高压供电，保证功率模块不过流烧毁。

技术领域

本发明涉及半导体测试技术领域，特别与一种用于功率器件动态测试的高速开关保护电路有关。

背景技术

功率半导体产品在测试阶段中，普遍采用双脉冲测试方法，实现对产品的动态电参数测试，诸如开关延时、反向恢复、安全工作区等等各种性能。

常用的动态测试配置包括测量仪器（主要是数字存储示波器、脉冲发生器、数字直流电源）、产品测试电路板，测试电路板上安装有产品引脚连接器、电源和DC电容接线柱、负载电感、脉冲信号输入端子、示波器测量端子、电流测量线圈等，通过手动触发或程序控制完成动态参数测试过程。

具体测试电路如图1所示，大容量充放电电容Cap作为高压测试电源，提供母线电压Vbus，在高压测试电源两端串联负载电感L和待测器件DUT，在负载电感L两端并联待测二极管D，待测器件DUT的栅极和发射极上连接脉冲发生器Pulse generator，数字存储示波器DSO输入端连接待测器件DUT的示波器测量端子、电流测量线圈，分别连接测量导通电压Vce和导通电流Ice。

测试时，结合图2波形时序图，高压测试电源采集点TP上持续供电Vbus，脉冲发生器Pulse generator的双脉冲波形Vge上表示有第一脉冲1st pulse和第二脉冲2nd pulse。在脉冲未驱动时，待测器件DUT截止，Vce呈高压截止状态，Ice无电流经过。当第一脉冲1stpulse发生时，待测器件DUT导通，Vce导通形成低压状态，Ice有电流产生，且在负载电感L的作用下，Ice呈线性状态递增，持续到第一脉冲1st pulse结束。第一脉冲1st pulse让Ice增加到测试需要的电流条件，然后关断，回到原始的截止状态，此时可以测量在特定电流电压状态下待测器件DUT的关断特性。由于第一脉冲1st pulse的低阻导通状态被关断，负载电感L的电流通过待测二极管D续流。当第二脉冲2nd pulse发生时，待测器件DUT再次被打开，形成低压导通，Vce导通形成低压状态，而Ice中包括有负载电感L电流和待测二极管D的反向恢复电流，Ice继续呈线性状态递增。此时可以测量待测器件DUT在特定电压电流下的开通特性和待测二极管D在特定电压电流下反向恢复特性。最后两个脉冲完成后，TP点上依然是持续提供高压母线电压Vbus，Vce保持在高压截止状态，Ice无电流经过。

功率器件动态测试的脉冲持续时间（动态功率持续时间）多数在十几至几十微秒，少数产品可达一百微秒。功率器件的失效过程，通常发生在脉冲结束前后的十微秒左右的时间范围内。在失效发生后的十微秒左右，由于母线上提供的高压Vbus一直维持，功率器件迅速过流击穿并伴随爆响声，功率器件表面形成大面积熔融烧伤区域，这是目前动态测试常见的现象。如图3所示，A为测试双脉冲波形，B为待测器件DUT的Vce波形，C为待测器件DUT的Ice波形。当第二脉冲2nd pulse结束后，功率器件击穿，Vce异常波动，Ice波形呈异常增长，功率器件过流烧毁。熔融区域器件结构破坏严重，器件缺陷问题被熔毁，无法进行有效的失效分析。

因此，为解决上述技术问题，确有必要提供一种用于功率模块动态测试的高速开关保护电路，以克服现有技术中的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于功率器件动态测试的高速开关保护电路，可在测试脉冲结束前后的微秒时间内撤除母线高压供电，保证功率模块不会因参数失效而出现过流烧毁。