本申請(qǐng)實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，特別涉及一種高頻功率循環(huán)電路及控制方法。

背景技術(shù)：

1、功率循環(huán)測試是通過外部負(fù)載電流的通斷來模擬器件實(shí)際應(yīng)用的結(jié)溫波動(dòng)過程，并通過一定程度的加速老化以提前暴露器件封裝的薄弱點(diǎn)。一直被工業(yè)界和學(xué)術(shù)界認(rèn)為是考核功率器件封裝可靠性最有效的方式，也是進(jìn)行器件壽命模型建立和壽命評(píng)估的最重要手段。

2、功率試驗(yàn)方法主要為功率循環(huán)(pc)，通過給器件施加電應(yīng)力和熱應(yīng)力,對(duì)器件鍵合點(diǎn)、芯片焊層、基板焊層等封裝結(jié)構(gòu)蠕變熱疲勞特性的考核。功率循環(huán)類型分為長周期功率循環(huán)和短周期功率循環(huán)，器件典型失效、在短周期功率循環(huán)退化表現(xiàn)為鍵合點(diǎn)脫落、焊層分層或脫落比例過大、柵極失效、母排焊點(diǎn)脫落；長周期表現(xiàn)為焊層分層或脫落比例過大、封裝結(jié)構(gòu)退化等。

3、如中國專利文獻(xiàn)cn?117590188?a公開了一種高頻功率循環(huán)電路及控制方法，該高頻功率循環(huán)電路及控制方法電路包括：四個(gè)功率器件開關(guān)，電感和儲(chǔ)能電容，第一開關(guān)管和第四開關(guān)管組成第一組開關(guān)橋，第二開關(guān)管和第三開關(guān)管組成第二組開關(guān)橋，第一開關(guān)管的源極和第三開關(guān)管的漏極相連，第二開關(guān)管的源極和第四開關(guān)管的漏極相連，第一開關(guān)管的源極與電感串聯(lián)后與第四開關(guān)管的漏極相連，第二開關(guān)管的源極與電感串聯(lián)后與第三開關(guān)管的漏極相連，該控制方法是通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序來控制所述四個(gè)功率器件開關(guān)來實(shí)現(xiàn)器件的軟開關(guān)狀態(tài)或硬開關(guān)狀態(tài)，并以此來實(shí)現(xiàn)所述軟開關(guān)狀態(tài)或所述硬開關(guān)狀態(tài)下的功率循環(huán)，但是該專利文獻(xiàn)中提供的實(shí)施案例單次考核器件數(shù)量少，且溫升不均衡，存在個(gè)別器件溫升偏高發(fā)熱嚴(yán)重的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)其他的傳統(tǒng)功率循環(huán)測試的功率循環(huán)頻率較低，無法模擬工況，使得測試結(jié)果不全面，覆蓋度差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、目前的功率循環(huán)測試電路，單次考核的器件數(shù)量較少，無法模擬實(shí)際系統(tǒng)回路中的工況，且溫升不均衡，存在測試電路中個(gè)別器件溫升偏高發(fā)熱嚴(yán)重，降低測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和全面性，覆蓋度較差。

2、為解決上述問題，本申請(qǐng)實(shí)施例的目的在于提供一種高頻功率循環(huán)電路，八個(gè)功率半導(dǎo)體器件和電感，八個(gè)半導(dǎo)體器件分別組成第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂由并聯(lián)的第一開關(guān)管和第一二極管以及并聯(lián)的第二開關(guān)管和第二二極管組成，第二橋臂由并聯(lián)的第三開關(guān)管和第三二極管以及并聯(lián)的第四開關(guān)管和第四二極管組成，第一開關(guān)管的發(fā)射極和第二開關(guān)管的集電極相連，第三開關(guān)管的發(fā)射極和第四開關(guān)管的集電極相連，第一開關(guān)管的發(fā)射極、電感和第四開關(guān)管的集電極串聯(lián)，第三開關(guān)管的發(fā)射極、電感和第二開關(guān)管的集電極串聯(lián)，電感電流存在兩種方向。

3、本申請(qǐng)的實(shí)施例還包括一種控制方法，該控制方法包括上述的一種高頻功率循環(huán)電路。

4、本申請(qǐng)的實(shí)施例的目的在于提供一種高頻功率循環(huán)電路及控制方法，可以通過模擬交流系統(tǒng)中的開關(guān)時(shí)序特性，設(shè)計(jì)了正負(fù)半周期工作循環(huán)，可以同時(shí)對(duì)八顆半導(dǎo)體功率器件進(jìn)行考核，并且可以獨(dú)立控制開關(guān)管的導(dǎo)通時(shí)間來調(diào)整每一顆器件的工作時(shí)間和功耗發(fā)熱，達(dá)到全體器件均衡發(fā)熱的效果，可以全面且均衡考核半導(dǎo)體器件在高溫、高頻下長期工作后的特性變化，保證功率循環(huán)測試對(duì)晶元考核的準(zhǔn)確性和全面性。

5、在一些實(shí)施方式中，還包括電容，電容儲(chǔ)存能量作為電源與第一橋臂和第二橋臂并聯(lián)，第一開關(guān)管的集電極和第三開關(guān)管的集電極與電容的一端聯(lián)接，第二開關(guān)管的發(fā)射極與第四開關(guān)管的發(fā)射極與電容的另一端聯(lián)接。

6、在一些實(shí)施方式中，當(dāng)電感內(nèi)的電流為由左向右時(shí)為正方向，此階段為正半周期循環(huán)，時(shí)長為10ms；

7、當(dāng)電感內(nèi)的電流為由右向左時(shí)為負(fù)方向，此階段為負(fù)半周期循環(huán)，時(shí)長為10ms。

8、在一些實(shí)施方式中，通過控制第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管的開通和關(guān)斷，使電路在正半周期循環(huán)和負(fù)半周期循環(huán)之間交替運(yùn)行。

9、在一些實(shí)施方式中，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管各自的開關(guān)狀態(tài)。

10、在一些實(shí)施方式中，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序前，判斷電路是否需要進(jìn)入正半周期循環(huán)，如果判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)。

11、在一些實(shí)施方式中，如果判斷結(jié)果為進(jìn)入正半周期循環(huán)，則執(zhí)行以下步驟：

12、s1：控制第一開關(guān)管和第四開關(guān)管導(dǎo)通，為電感充電，正電流線性上升；

13、s2：維持第一開關(guān)管導(dǎo)通，控制第四開關(guān)管關(guān)閉，電感進(jìn)行續(xù)流，正電流保持不變；

14、s3：控制第一開關(guān)管關(guān)閉，電感進(jìn)行放電，正電流線性下降；

15、s4：控制第四開關(guān)管導(dǎo)通，電感進(jìn)行續(xù)流，正電流保持不變，此時(shí)完成一次正半周期。

16、在一些實(shí)施方式中，電路處在正半周期循環(huán)狀態(tài)時(shí)，s1至s4步驟依次對(duì)應(yīng)t0至t3時(shí)刻，設(shè)置t4時(shí)刻為s4步驟結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，第一開關(guān)管、第四開關(guān)管、第二二極管和第三二極管參與考核，通過調(diào)整t0至t4五個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間長短控制第一開關(guān)管、第四開關(guān)管、第二二極管和第三二極管的溫升。

17、在一些實(shí)施方式中，電路完成一次正半周期后進(jìn)行判定正半周期循環(huán)是否完成；

18、若結(jié)果為否，則進(jìn)入正半周期s1步驟；

19、若結(jié)果為是，則進(jìn)行判定是否進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)。

20、在一些實(shí)施方式中，若判定是否進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)的結(jié)果為是，則電路進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)；若結(jié)果為否，則結(jié)束。

21、在一些實(shí)施方式中，如果判斷結(jié)果為進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)，則執(zhí)行以下步驟：

22、s5：控制第二開關(guān)管、第三開關(guān)管導(dǎo)通，為電感充電，負(fù)電流線性下降；

23、s6：維持第二開關(guān)管導(dǎo)通，控制第三開關(guān)管關(guān)閉，電感進(jìn)行續(xù)流，負(fù)電流保持不變；

24、s7：控制第二開關(guān)管關(guān)閉，電感進(jìn)行放電，負(fù)電流線性上升；

25、s8：控制電三開關(guān)管導(dǎo)通，電感進(jìn)行續(xù)流，負(fù)電流保持不變，此時(shí)完成一次負(fù)半周期。

26、在一些實(shí)施方式中，電路處在負(fù)半周期循環(huán)狀態(tài)時(shí)，s5至s8步驟依次對(duì)應(yīng)t0至t3時(shí)刻，設(shè)置t4時(shí)刻為s8步驟結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第一二極管和第四二極管參與考核，通過調(diào)整t0至t4五個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間長短控制第二開關(guān)管、第三開關(guān)管、第一二極管和第四二極管的溫升。

27、在一些實(shí)施方式中，電路完成一次負(fù)半周期后進(jìn)行判定負(fù)半周期循環(huán)是否完成；

28、若結(jié)果為否，則進(jìn)入負(fù)半周期s5步驟；

29、若結(jié)果為是，則進(jìn)行判定是否進(jìn)入正半周期循環(huán)。

30、在一些實(shí)施方式中，若判定是否進(jìn)入正半周期循環(huán)的結(jié)果為是，則電路進(jìn)入正半周期；若結(jié)果為否，則結(jié)束。

31、在一些實(shí)施方式中，第一開關(guān)管、第二開關(guān)管、第三開關(guān)管和第四開關(guān)管均為絕緣柵雙極晶體管，第一二極管、第二二極管、第三二極管和第四二極管均為快恢復(fù)外延二極管。

技術(shù)特征：

1.一種高頻功率循環(huán)電路，其特征在于，包括：八個(gè)功率半導(dǎo)體器件和電感，八個(gè)半導(dǎo)體器件分別組成第一橋臂和第二橋臂，所述第一橋臂由并聯(lián)的第一開關(guān)管和第一二極管以及并聯(lián)的第二開關(guān)管和第二二極管組成，所述第二橋臂由并聯(lián)的第三開關(guān)管和第三二極管以及并聯(lián)的第四開關(guān)管和第四二極管組成，所述第一開關(guān)管的發(fā)射極和所述第二開關(guān)管的集電極相連，所述第三開關(guān)管的發(fā)射極和所述第四開關(guān)管的集電極相連，所述第一開關(guān)管的發(fā)射極、所述電感和所述第四開關(guān)管的集電極串聯(lián)，所述第三開關(guān)管的發(fā)射極、所述電感和所述第二開關(guān)管的集電極串聯(lián)，所述電感電流存在兩種方向。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高頻功率循環(huán)電路，其特征在于，還包括電容，所述電容儲(chǔ)存能量作為電源與所述第一橋臂和所述第二橋臂并聯(lián)，所述第一開關(guān)管的集電極和所述第三開關(guān)管的集電極與所述電容的一端聯(lián)接，所述第二開關(guān)管的發(fā)射極與所述第四開關(guān)管的發(fā)射極與所述電容的另一端聯(lián)接。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高頻功率循環(huán)電路，其特征在于，當(dāng)所述電感內(nèi)的電流為由左向右時(shí)為正方向，此階段為正半周期循環(huán)，時(shí)長為10ms；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高頻功率循環(huán)電路，其特征在于，通過控制所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管的開通和關(guān)斷，使電路在所述正半周期循環(huán)和所述負(fù)半周期循環(huán)之間交替運(yùn)行。

5.一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，采用權(quán)利要求4所述的一種高頻功率循環(huán)電路，其特征在于，通過驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管各自的開關(guān)狀態(tài)。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，在驅(qū)動(dòng)信號(hào)的時(shí)序前，判斷電路是否需要進(jìn)入正半周期循環(huán)，如果判斷結(jié)果為否，則進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，如果判斷結(jié)果為進(jìn)入正半周期循環(huán)，則執(zhí)行以下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，所述電路處在正半周期循環(huán)狀態(tài)時(shí)，s1至s4步驟依次對(duì)應(yīng)t0至t3時(shí)刻，設(shè)置t4時(shí)刻為s4步驟結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，所述第一開關(guān)管、所述第四開關(guān)管、所述第二二極管和所述第三二極管參與考核，通過調(diào)整t0至t4五個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間長短控制所述第一開關(guān)管、所述第四開關(guān)管、所述第二二極管和所述第三二極管的溫升。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，所述電路完成一次正半周期后進(jìn)行判定正半周期循環(huán)是否完成；

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，若判定是否進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)的結(jié)果為是，則電路進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)；

11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，如果判斷結(jié)果為進(jìn)入負(fù)半周期循環(huán)，則執(zhí)行以下步驟：

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，所述電路處在負(fù)半周期循環(huán)狀態(tài)時(shí)，s5至s8步驟依次對(duì)應(yīng)t0至t3時(shí)刻，設(shè)置t4時(shí)刻為s8步驟結(jié)束時(shí)間點(diǎn)，所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管、所述第一二極管和所述第四二極管參與考核，通過調(diào)整t0至t4五個(gè)時(shí)間點(diǎn)之間的時(shí)間長短控制所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管、所述第一二極管和所述第四二極管的溫升。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，所述電路完成一次負(fù)半周期后進(jìn)行判定負(fù)半周期循環(huán)是否完成；

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，若判定是否進(jìn)入正半周期循環(huán)的結(jié)果為是，則電路進(jìn)入正半周期；

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的一種高頻功率循環(huán)電路的控制方法，其特征在于，所述第一開關(guān)管、所述第二開關(guān)管、所述第三開關(guān)管和所述第四開關(guān)管均為絕緣柵雙極晶體管，所述第一二極管、所述第二二極管、所述第三二極管和所述第四二極管均為快恢復(fù)外延二極管。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)實(shí)施例涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，公開了一種高頻功率循環(huán)電路及控制方法，包括八個(gè)功率半導(dǎo)體器件和電感，八個(gè)半導(dǎo)體器件分別組成第一橋臂和第二橋臂，第一橋臂由并聯(lián)的第一開關(guān)管和第一二極管以及并聯(lián)的第二開關(guān)管和第二二極管組成，第二橋臂由并聯(lián)的第三開關(guān)管和第三二極管以及并聯(lián)的第四開關(guān)管和第四二極管組成，第一開關(guān)管、電感和第四開關(guān)管串聯(lián)，第三開關(guān)管、電感和第二開關(guān)管串聯(lián)，電感電流存在兩種方向，還包一種控制方法采用上述的高頻功率循環(huán)電路，該實(shí)施例通過模擬交流系統(tǒng)中的開關(guān)時(shí)序特性，同時(shí)對(duì)八顆半導(dǎo)體功率器件進(jìn)行考核，可以全面且均衡考核半導(dǎo)體器件在高溫、高頻下長期工作后的特性變化。

技術(shù)研發(fā)人員：湯宏偉
受保護(hù)的技術(shù)使用者：深圳尚陽通科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6