开关电源之功率半导体的应力测试

民熔电气小课堂 发表于 2020-11-20 16:56:31 收藏 已收藏
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开关电源之功率半导体的应力测试

民熔电气小课堂 发表于 2020-11-20 16:56:31

开关电源,又称交换式电源、开关变换器,是一种高频化电能转换装置,是电源供应器的一种。民熔开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式及全闭模式之间切换,这两个模式都有低耗散的特点,切换之间的转换会有较高的耗散,但时间很短,所以民熔开关电源比较节省能源,产生废热较少。民熔开关电源的高转换效率是其一大优点,而民熔开关电源工作频率高,也可以使用小尺寸、轻重量的变压器,民熔开关电源重量也会比较轻。民熔开关电源产品广泛应用于工业自动化控制、军工设备、科研设备、LED照明等领域。

功率半导体器件作为开关电源中的重要组成部分之一,它的应力测试也是重中之重,下面小课堂就来分享一下相关内容。不少开关电源的测试是高质苛刻的,特别是下方的开关电源。

开关电源之功率半导体的应力测试

功率半导体器件应力测试

测试说明:

功率半导体器件主要包括:直流直流主功率晶体管、输出整流二极管、功率因数校正主功率晶体管、功率因数校正整流二极管、功率因数校正四电平二极管等。这些功率半导体器件的正确使用是供电可靠性的重要保证。为了保证功率器件的合理使用,应考虑合理的电流、电压和结温降额。因此,试验中应注意以下几个方面:

A、满足电压降额要求;B、满足电流降额要求。

测试方法:

A、测试功率半导体器件在最坏条件下的VDS电压波形,确定最大电压和最大峰值电压。由于VDS电压较高,最大电压尖峰频率可达30-40mhz,电压尖峰小于300V(一般额定电压为300,带宽为100m或50m,测试波形不失真)时,可使用普通示波器原探头。当电压尖峰大于300V时,以高压无源探头的测试结果为准(带宽为100m),测试波形不失真。有源高压探头带宽较窄,一般为20MHz,易变形,不推荐使用。

电压应力测试主要测试动态条件下的电压应力(因为稳态下的电压应力较小)。具体测试条件如下:

(1)输入电压为最高电压。测试装置在空载、满载、限流状态、空载至限流(输出电压约50V)、空载至深限流(输出电压小于40V),(所有负载跳变条件为:跳变时间5ms,TR、TF均为1a,对应20us),空载下的电压应力短路状态。改变输入电压,在最小输入电压和额定输入电压下重复上述试验。记录试验的最大应力,记录超标电压波形。

(2)模拟系统上运行的情况测试下,在系统上,当模块处于浮充状态,监控使模块变为均充,这时由于模块电压上升速度不一致,导致电压上升较快的模块瞬间承受过高的功率,同时模块又没法短路回缩(电压高于短路回缩点),这是模块的应力比较大,肯可能会导致器件应力超标。具体的模拟方法:如测试25A(或50A模块)时,用100A的模块和25A模块(或50A模块)并联,然后带100A的负载,调节100A模块的输出电压为43A,25A(或50A)模块的电压为42V,这时25A(或50A)模块没法带载输出,突然调节25A(或50A)模块的电压为58V,这时25A(或50A)模块电压上升,使其瞬间承受100A的负载,并测试此时管子的电压应力。

(3)输入电压在最大电压和最下电压之间跳变(跳变时间为20ms)分别测试输出空载、满载、限流状态、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电压应力。

对于100A模块,可以用机柜模拟上述现象,主要是使模块在不允许模块缩回的情况下,瞬间承载大负载,以测试此时的电压应力。根据实际电路,可以对各模块的最大电压应力进行分析和测试。

B、电流应力测试

测试功率器件在最坏情况下的电流波形,以确定最大工作电流和最大尖峰电流。具体测试条件如下:

(1)输入电压最低,输出电压最大。测试装置在满载、限流、空载满载跳变、空载到限流(输出电压为50V左右)、空载到深度限流(输出电压小于40V),(所有的负载跳变条件为:跳变时间5ms,tr和tf为1A对应20us),空载到短路情况下,器件的电流应力。

(2)输入电压跳变的最大电压和最小电压(跳变时间201ms),分别测试输出满载、限流、空载满载跳变、空载限流(输出电压约50V)、空载至深限流(输出电压小于40V),(所有负载跳变条件为:跳变时间5ms,TR和TF均为1a,对应20us),空载短路装置电流应力。

根据实际电路分析和试验,分别计算出最大额定电流。

判断标准:

(1)对于电压应力,在各种情况下,如果被测最大VDS小于器件的额定工作电压,则为合格;如果被测最大VDS大于器件的额定工作电压,项目组可出具《设备超量使用报告》进行具体设备认证,设备合格,否则不合格。

(2)对于电流应力,在各种情况下,如果被测最大电流小于装置额定工作电流,则为合格;如果被测最大电流大于装置额定工作电流,项目组可出具装置过度使用报告,进行具体的装置认证,合格,否则不合格。

上面就是小课堂今天分享的,关于开关电源功率半导体器件应力测试的经验。
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