智能化功率半导体器件漏电流测试仪*

2017-08-17申彩英邹颖李妮

汽车工程师 2017年6期

申彩英邹颖李妮

（1.辽宁工业大学；2.庄河渔港监督）

电力电子技术成为当今社会生活不可或缺的部分[1]。智能电网、电磁推进、高幅值电流脉冲放电等需要高压、大电流功率半导体器件[2-5]，因此高压半导体元器件漏电流监测系统显得尤为重要。采用图示仪[6]检测高压功率半导体器件只能测试200 μA以上电流的结果，对于10 μA以下电流的检测无能为力。图示仪最高测试电压只有3 000 V，测试过程持续施加测试电压使得功率半导体器件结温上升，导致测量结果不准确。随着功率半导体器件耐压值的提升，6 500 V甚至10 kV碳化硅、绝缘栅晶体管得到越来越多的应用，传统的晶体管图示仪已经无法满足要求，需要10 kV电压、微安级的漏电流测试仪器。文章采用国际先进的45 ms电压脉冲测试条件，在测试电压脉冲结束前测试功率半导体器件漏电流值，这种测试方法可以确保测试过程中功率半导体器件结温基本不变，使测试结果得到保证。文章设计的智能化漏电流测试仪不仅可以实现测试结果的实时显示，还可以实现测试过程的人工控制。

1 总体设计

智能化高压功率半导体器件漏电流测试仪由主控制器、硬件电路和触摸屏三部分组成。主控制器采用飞思卡尔MK60DN512ZVLL10芯片，硬件电路可以实现任意测试电压形成、极性转换及漏电流测试等。用户通过触摸屏发出控制指令，通过串口发送给主控芯片，主控芯片负责实现I/O口的控制和45 ms电压脉冲时序形成，测试结束后主控芯片通过AD口将待检测的测试电压和漏电流值读入，最后通过串口发送给触摸屏。采用迪文DMT80600T080_07WT作为触摸屏，实现测试过程控制和测试结果的显示。本测试仪有3个挡位，1～3 挡分别对应漏电流量程为 0～5，0～50，0～500 μA。

2 主控制器与触摸屏

主控制器与触摸屏之间采用UART通讯，电平转换芯片采用SP3232E，8寸触摸屏外接一个0.5 W/4 Ω喇叭，实现超限报警。主控制器与触摸屏之间的通讯采用串行异步通讯方式。主控制器向触摸屏发送的数据有测试元器件序号、正/反向电压值及正/反向漏电流值；触摸屏向主控制器发送的控制指令有充/放电指令、充电电压值、挡位信号及开始测试指令。

3 控制流程

智能化漏电流测试系统整体流程图，如图1所示。

图1 智能化漏电流测试系统整体流程图

微处理器上电初始化后，接收到触摸屏发出的测试电压值命令后，通过D/A口输出电压给定值，3 V对应测试电压12 kV。设置电压送充电电路，当充电电压达到设置值时，充电过程结束。

测试电压达到设置值后，触摸屏向微处理器发出挡位指令和开始测试的有效命令后，处理器开始执行测试程序。首先执行正向测试，经过1 s延迟后执行反向测试，测试完成后送触摸屏显示。

图2示出智能化漏电流测试系统测试流程图。

图2 智能化漏电流测试系统测试流程图

处理器接到测试指令后，先进行正向参数测试。正向测试流程图，如图2a所示。首先控制极性转换开关的K1，K3触点闭合，在测试端获得正极性测试电压；延迟1 s后，控制测试开关K5闭合，开始对被测元件施加正向测试电压，测试时间为45ms，在20ms和40ms时分别读取正向电压值（E0引脚读入）和正向漏电流值（E1引脚读入）。45 ms后控制K5触点断开。再经过1 s延迟，控制K1，K3触点断开。至此正向测试结束，开始进入反向测试。反向测试流程图，如图2b所示。首先控制极性转换开关的K2，K4触点闭合，以获得反向测试电压。经过1 s延迟，控制测试开关K5闭合，测试时间仍然为45 ms。在20 ms和40 ms时分别读取反向电压值（E0引脚读入）和反向漏电流值（E1引脚读入），从控制测试开关K5触点闭合后，经45 ms延迟，控制K5触点断开；再经1 s延迟，控制极性转换开关K2，K4触点断开。至此正反向测试过程全部结束。

4 试验

测试设备使用智能化12 kV级功率半导体器件漏电流测试仪，如图3所示。被测元件为6 500 V/750 A晶闸管，测试条件为室温，测试电压为6 500 V。示波器采用DPS2024隔离通道示波器。测试全过程K1～K5的电压波形，如图4所示。

图3 智能化12 kV级功率半导体器件漏电流测试仪

图4 智能化漏电流测试系统测试全过程中与K1～K5相连的引脚电平输出波形

从图4可以看出，极性转换开关的时序与图2一致，验证了测试过程的正确性。测试结果，如图5所示。从图5可以看出，正向测试电压和反向测试电压存在一定误差，均在2%以内，测试电压检测误差主要是由电阻容差造成的。另外一个原因是测试电压支撑电容器电压存在电磁干扰毛刺所致；正向测试电压在前，反向测试电压在后，反向测试电压低于正向测试电压。