Аппаратно-программный комплекс для испытания и диагностики силовых полупроводниковых приборов Авторы: Н. Н. Беспалов, М. В. Ильин, С. С. Капитонов Мордовский государственный университет имени Н. П. Огарёва Факультет электронной техники Кафедра Электроники и Наноэлектроники Докладчик: заведующий кафедрой электроники и наноэлектроники, руководитель "Межфакультетской учебной и научно-исследовательской лаборатории "National Instruments" по компьютерным информационно-измерительным и управляющим системам и технологиям" Николай Николаевич Беспалов

2 Актуальность 1. В настоящее время силовые полупроводниковые приборы (СПП) являются основными элементами устройств силовой электроники. 2. При разработке преобразователей на основе группового соединения СПП требуется осуществлять их комплексную диагностику, отбраковку потенциально ненадёжных приборов и подбор для групповых цепей. 3. Создание и внедрение методов и технических средств для контроля качества, подбора СПП для группового соединения и отбраковки потенциально ненадёжных приборов позволяет: увеличить надёжность СПП и преобразователей; сократить расходы на обслуживание преобразователей и эксплуатацию приборов, снизить материальный ущерб в результате уменьшения количества отказов. Тел./факс: +7 (8342)

3 « АДИП » – устройства для испытания СПП и измерения их параметров и характеристик Надежность преобразователей на основе силовых полупроводниковых приборов (СПП), во многом определяется их исходным качеством и стабильностью характеристик в ходе эксплуатации. Испытательно-измерительные устройства АДИП обеспечивают измерение и определение основных параметров критериев качества СПП с номинальными предельными токами до 5 кА и напряжениями до 8 кВ. Устройства « АДИП » позволяют осуществлять: 1) оценку качества СПП на всех этапах их жизненного цикла; 2) подбор СПП для группового соединения в преобразователях; 3) отбраковку потенциально ненадежных СПП. Тел./факс: +7 (8342)

4 Устройства « АДИП-1 » предназначены для испытания и измерения параметров ВАХ СПП в состоянии низкой проводимости Технические характеристики : 1) амплитуда испытательного напряжения U D(R)RM – (100 – 8 000) В; 2) ток в закрытом (обратном) состоянии I D(R)RM – (0,03 – 200) мА. Параметры критерии качества СПП в состоянии низкой проводимости Тиристоры и симисторы: 1) повторяющийся импульсный обратный ток I RRM ; 2) повторяющийся импульсный ток в закрытом состоянии I DRM. Диоды: повторяющийся импульсный обратный ток I RRM. Тел./факс: +7 (8342)

5 Устройства « АДИП-2 » предназначены для испытания и измерения параметров ВАХ СПП в состоянии высокой проводимости Технические характеристики : 1) амплитуда испытательного импульса тока I T(F)M – (500 – ) A ; 2) импульсное напряжение в открытом (прямом) состоянии U T(F)M – (0,5 – 5) В. Тел./факс: +7 (8342)

6 Устройства « АДИП-3 » предназначены для испытания и измерения параметров силовых тиристоров при включении Технические характеристики: 1) амплитуда испытательного импульса тока I T(F)M – (32 – 2 500) A; 2) амплитуда напряжения в закрытом состоянии U DM – (100 – 300) В; 3) амплитуда тока управления I GM – (0,1 – 3) A; 4) диапазон измерения t gd - (0,5 – 10)мкс; 5) диапазон измерения t gt – (1-50) мкс. Тел./факс: +7 (8342)

7 Устройства « АДИП-4 » предназначены для испытания и измерения параметров цепи управления силовых тиристоров Технические характеристики: 1) отпирающий ток I GM – (10 – 500) мA; 2) отпирающее напряжение U GM – (0,5 – 10) В. Параметры критерии качества СТ по цепи управления: Отпирающий ток управляющего электрода - I GT Отпирающее напряжение - U GT Тел./факс: +7 (8342)

8 Устройство « АДИП-5 » предназначены для испытания и измерения параметров СПП при выключении Технические характеристики: 1) амплитуда испытательного импульса тока I T(F)M – (160 – 2 500) A; 2) скорость спада тока – di T /dt – (5-50) А/мкс; 3) амплитуда напряжения в закрытом состоянии U DM – 100 В; 4) диапазон измерения t rr – (2-200) мкс; 5) диапазон измерения Q rr – (100 … 3000) мк Кл; 6) усилие сжатия СПП до 25 кН; 7) температура двухстороннего нагрева СПП до +125 ±5 0 С. Параметры критерии качества СПП при выключении Время обратного восстановления - t rr Заряд обратного восстановления - Q rr Тел./факс: +7 (8342)

9 Города России, где используются устройства АДИП

10 Аппаратно-программный информационно- измерительный комплекс Тел./факс: +7 (8342)

11 АПК позволяет осуществлять следующие операции: – испытание приборов в СВП; – измерение и определение величин электротепловых параметров и характеристик в СВП; – определение и отбраковка потенциально ненадежных приборов по параметрам критериям качества; – хранение комплексной информации по каждому испытуемому прибору; – контроль и подбор СПП для группового соединения в преобразователях. Тел./факс: +7 (8342)

12 АПК позволяет определять значения следующих параметров СПП: – тепловое сопротивление переход-корпус в установившемся тепловом режиме R thjc ; – предельный средний ток I F(T)(AV) до 200 А; – неповторяющийся ударный ток I F(T)SM длительностью 10 мс; – пороговое напряжение U (TO), при T j от – 40 0 С до С; – дифференциальное сопротивление r T, при T j от – 40 0 С до С; – импульсное напряжение U F(T)M. Тел./факс: +7 (8342)

13 Экспериментальные данные исследования одного из испытуемых диодов, которые сняты с экрана компьютера аппаратно-программного комплекса АДИП-6 ВАХ диода при различной температуре полупроводниковой структуры Зависимость переходного теплового сопротивления диода Тел./факс: +7 (8342)

14 Диагностика партии диодов Д с помощью АПК: Тел./факс: +7 (8342)

15 Схема моделирования параллельного соединения трёх диодов. Тел./факс: +7 (8342)

16 а)а)б)б) в)в)г)г) Результаты моделирования группы параллельно соединенных трёх диодов 1, 2, 3: Тел./факс: +7 (8342)

17 11 а)а)б)б) в)в)г)г) Результаты моделирования группы параллельно соединенных трёх диодов 2, 6, 7:

18 Схема моделирования последовательного соединения трёх диодов. Тел./факс: +7 (8342)

19 Результаты моделирования двух групп последовательно соединенных трёх диодов 2, 3, 9 и 6, 7, 10

20 Заключение Использование программно-аппаратного измерительного устройства позволяет: 1) при разработке и проектировании СПП уточнять величины основных электротепловых параметров и характеристик разрабатываемых приборов; 2) при серийном выпуске СПП осуществлять их сплошной контроль и вести отбраковку потенциально ненадёжных приборов, что позволит на порядок снизить интенсивность их отказов; 3) при изготовлении преобразователей на основе СПП контролировать и подбирать приборы по электротепловым параметрам и характеристикам; 4) при эксплуатации преобразователей на стадии входного контроля и в в ходе эксплуатации осуществлять дополнительный подбор приборов по электротепловым параметрам и характеристикам вместо отказавших приборов и отбраковывать потенциально ненадёжные. Все эти меры обеспечивают существенное повышение надёжности преобразователей и снижение затрат на их обслуживание и ремонт. Тел./факс: +7 (8342)

21 БЛАГОДАРЮ ЗА ВНИМАНИЕ! Тел./факс: +7 (8342) Дополнение В настоящее время разрабатываются несколько новых устройств АДИП для испытания СПП и, в частности, для испытания силовых транзисторов MOSFET и JGBT