開關(guān)電源之功率半導(dǎo)體的應(yīng)力測(cè)試

開關(guān)電源，又稱交換式電源、開關(guān)變換器，是一種高頻化電能轉(zhuǎn)換裝置，是電源供應(yīng)器的一種。民熔開關(guān)電源利用的切換晶體管多半是在全開模式及全閉模式之間切換，這兩個(gè)模式都有低耗散的特點(diǎn)，切換之間的轉(zhuǎn)換會(huì)有較高的耗散，但時(shí)間很短，所以民熔開關(guān)電源比較節(jié)省能源，產(chǎn)生廢熱較少。民熔開關(guān)電源的高轉(zhuǎn)換效率是其一大優(yōu)點(diǎn)，而民熔開關(guān)電源工作頻率高，也可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，民熔開關(guān)電源重量也會(huì)比較輕。民熔開關(guān)電源產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化控制、軍工設(shè)備、科研設(shè)備、LED照明等領(lǐng)域。

功率半導(dǎo)體器件作為開關(guān)電源中的重要組成部分之一，它的應(yīng)力測(cè)試也是重中之重，下面小課堂就來(lái)分享一下相關(guān)內(nèi)容。不少開關(guān)電源的測(cè)試是高質(zhì)苛刻的，特別是下方的開關(guān)電源。

功率半導(dǎo)體器件應(yīng)力測(cè)試

測(cè)試說(shuō)明：

功率半導(dǎo)體器件主要包括：直流直流主功率晶體管、輸出整流二極管、功率因數(shù)校正主功率晶體管、功率因數(shù)校正整流二極管、功率因數(shù)校正四電平二極管等。這些功率半導(dǎo)體器件的正確使用是供電可靠性的重要保證。為了保證功率器件的合理使用，應(yīng)考慮合理的電流、電壓和結(jié)溫降額。因此，試驗(yàn)中應(yīng)注意以下幾個(gè)方面：

A、滿足電壓降額要求；B、滿足電流降額要求。

測(cè)試方法：

A、測(cè)試功率半導(dǎo)體器件在最壞條件下的VDS電壓波形，確定最大電壓和最大峰值電壓。由于VDS電壓較高，最大電壓尖峰頻率可達(dá)30-40mhz，電壓尖峰小于300V（一般額定電壓為300，帶寬為100m或50m，測(cè)試波形不失真）時(shí)，可使用普通示波器原探頭。當(dāng)電壓尖峰大于300V時(shí)，以高壓無(wú)源探頭的測(cè)試結(jié)果為準(zhǔn)（帶寬為100m），測(cè)試波形不失真。有源高壓探頭帶寬較窄，一般為20MHz，易變形，不推薦使用。

電壓應(yīng)力測(cè)試主要測(cè)試動(dòng)態(tài)條件下的電壓應(yīng)力（因?yàn)榉€(wěn)態(tài)下的電壓應(yīng)力較小）。具體測(cè)試條件如下：

（1）輸入電壓為最高電壓。測(cè)試裝置在空載、滿載、限流狀態(tài)、空載至限流（輸出電壓約50V）、空載至深限流（輸出電壓小于40V），（所有負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，TR、TF均為1a，對(duì)應(yīng)20us），空載下的電壓應(yīng)力短路狀態(tài)。改變輸入電壓，在最小輸入電壓和額定輸入電壓下重復(fù)上述試驗(yàn)。記錄試驗(yàn)的最大應(yīng)力，記錄超標(biāo)電壓波形。

（2）模擬系統(tǒng)上運(yùn)行的情況測(cè)試下，在系統(tǒng)上，當(dāng)模塊處于浮充狀態(tài)，監(jiān)控使模塊變?yōu)榫?，這時(shí)由于模塊電壓上升速度不一致，導(dǎo)致電壓上升較快的模塊瞬間承受過(guò)高的功率，同時(shí)模塊又沒(méi)法短路回縮（電壓高于短路回縮點(diǎn)），這是模塊的應(yīng)力比較大，肯可能會(huì)導(dǎo)致器件應(yīng)力超標(biāo)。具體的模擬方法：如測(cè)試25A（或50A模塊）時(shí)，用100A的模塊和25A模塊（或50A模塊）并聯(lián)，然后帶100A的負(fù)載，調(diào)節(jié)100A模塊的輸出電壓為43A，25A（或50A）模塊的電壓為42V，這時(shí)25A（或50A）模塊沒(méi)法帶載輸出，突然調(diào)節(jié)25A（或50A）模塊的電壓為58V，這時(shí)25A（或50A）模塊電壓上升，使其瞬間承受100A的負(fù)載，并測(cè)試此時(shí)管子的電壓應(yīng)力。

（3）輸入電壓在最大電壓和最下電壓之間跳變（跳變時(shí)間為20ms）分別測(cè)試輸出空載、滿載、限流狀態(tài)、空載滿載跳變、空載到限流（輸出電壓為50V左右）、空載到深度限流（輸出電壓小于40V），（所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對(duì)應(yīng)20us），空載到短路情況下，器件的電壓應(yīng)力。

對(duì)于100A模塊，可以用機(jī)柜模擬上述現(xiàn)象，主要是使模塊在不允許模塊縮回的情況下，瞬間承載大負(fù)載，以測(cè)試此時(shí)的電壓應(yīng)力。根據(jù)實(shí)際電路，可以對(duì)各模塊的最大電壓應(yīng)力進(jìn)行分析和測(cè)試。

B、電流應(yīng)力測(cè)試

測(cè)試功率器件在最壞情況下的電流波形，以確定最大工作電流和最大尖峰電流。具體測(cè)試條件如下：

（1）輸入電壓最低，輸出電壓最大。測(cè)試裝置在滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流（輸出電壓為50V左右）、空載到深度限流（輸出電壓小于40V），（所有的負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，tr和tf為1A對(duì)應(yīng)20us），空載到短路情況下，器件的電流應(yīng)力。

（2）輸入電壓跳變的最大電壓和最小電壓（跳變時(shí)間201ms），分別測(cè)試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載限流（輸出電壓約50V）、空載至深限流（輸出電壓小于40V），（所有負(fù)載跳變條件為：跳變時(shí)間5ms，TR和TF均為1a，對(duì)應(yīng)20us），空載短路裝置電流應(yīng)力。

根據(jù)實(shí)際電路分析和試驗(yàn)，分別計(jì)算出最大額定電流。

判斷標(biāo)準(zhǔn)：

（1）對(duì)于電壓應(yīng)力，在各種情況下，如果被測(cè)最大VDS小于器件的額定工作電壓，則為合格；如果被測(cè)最大VDS大于器件的額定工作電壓，項(xiàng)目組可出具《設(shè)備超量使用報(bào)告》進(jìn)行具體設(shè)備認(rèn)證，設(shè)備合格，否則不合格。

（2）對(duì)于電流應(yīng)力，在各種情況下，如果被測(cè)最大電流小于裝置額定工作電流，則為合格；如果被測(cè)最大電流大于裝置額定工作電流，項(xiàng)目組可出具裝置過(guò)度使用報(bào)告，進(jìn)行具體的裝置認(rèn)證，合格，否則不合格。

上面就是小課堂今天分享的，關(guān)于開關(guān)電源功率半導(dǎo)體器件應(yīng)力測(cè)試的經(jīng)驗(yàn)。
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