一种MOSFET驱动器可靠性试验评估方法及其电路

技术领域

本发明属于集成电路测试领域，进一步来说涉及MOSFET器件驱动器测试领域，具体来说，涉及一种MOSFET驱动器可靠性试验评估方法及其电路。

背景技术

随着半导体器件的发展，功率型MOSFET的应用越来广泛，如硅基、SiC基等材料的功率型MOSFET应用越来越多。功率MOSFET必须有前置驱动电路才能正常工作，驱动功率MOSFET的前级驱动器需要考虑MOSFET的诸多因素，不然会很容易导致MOSFET损坏，如MOS管的弥勒效应、GS极间寄生电容的大小、开关频率等等。现有技术中，驱动功率MOSFET的前级驱动器采用混合集成的方式集成为电路模块产品，形成功能模块器件(驱动电路模块)，目前没有对驱动电路模块进行可靠性筛选的试验评估方法及其相关电路。

为此，特提出本发明。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：解决如何对功率型MOSFET驱动电路模块进行可靠性试验评估的问题。

本发明的发明构思是：根据功率型MOSFET驱动电路模块的功能及电参数要求，将驱动电路模块作为混合集成电路产品进行整体可靠性评估。对驱动模块的功能及性能参数进行测试评价、可靠性筛选，对MOSFET各阶段的产品进行综合性研究。结合产品的使用特点对产品进行场景功能性筛选，通过对测试信号进行总线控制，对产品关键参数进行实时监控及反馈。在电路设计方面综合考虑负载的可调性及通用性，可根据不同产品的负载需求，灵活变化负载。对功能模块的整个生命周期过程进行有效的可靠性评价，以保证产品的长期可靠性。根据驱动模块产品的特点，从实时功能检测系统、产品电参数检测系统、可靠性检测评价系统、长期可靠性评价系统等4个方面进行可靠性评价。

为此，本发明提供一种MOSFET驱动器可靠性试验评估方法，包括如下方法：

(1)、实时检测方法：对驱动电路模块产品从生产的要求评价系统可以融入到整个生产过程，对过程中的产品进行实时功能性检测，实时检测系统的巡检信号为电流模拟量，并分别记录故障的情况。

(2)、电参数检测与评估方法:驱动电路模块产品是由不同的分立器件通过一定的电路设计构成的，对电路模块的整体电参数特性进行研究，制定电性能参数测试项目及标准，形成集测试电路、测试程序、测试夹具于一体的综合电参数测试方案。

(3)、可靠性检测与评价方法：根据电路模块产品的功能及电参数特点研究设计适用于电路模块产品的可靠性检测评价系统，即试验系统。

(4)、长期可靠性评价方法：通过完全模拟产品使用状态，进行长期高频次可靠性试验，开关频次以千万次计数，建立控制系统工作的控制系统。

所述一种MOSFET驱动器可靠性试验评估方法的电路，如图1-3所示。包括控制系统、测试系统、负载系统、电源系统：

所述控制系统输出控制信号到测试系统，测试系统输出负载信号到负载系统，下一级将设备运行状态反馈至前一级，根据反馈信号，输出新的控制指令。电源系统为控制系统、测试系统及负载系统提供电源。

所述控制系统包括控制模块，控制模块包括电源、信号源、控制电路，为测试系统提供源信号，对试验系统及负载系统发送动作指令，同时对试验系统中采集到的数据进行处理并显示、存储。所述信号源为可调频信号源，使用波形可调、频率可调的PWM模块电路实现，为功率型电压型数字量，最高需要输出36V，负载电流需要5A。

所述测试系统包括测试模块，测试模块包括待测器件、测试电路，为负载系统提供负载信号，根据试验环境的要求变换试验环境。所述的测试模块的输入信号IN为两种状态，一种为模块开通时的信号，为脉冲信号，脉宽在100μs到20ms可调。

所述负载系统包括负载模块，负载模块包括模拟负载及显示模块，模拟负载为可调电阻，根据产品的使用场景，搭建可调负载系统，根据产品的性能进行调节，显示模块为指示灯，指示灯亮表示产品正常老炼。

本发明技术效果：

(1)指示功能：指示灯亮表示产品正常老炼。

(2)负载电流调节功能：在可靠性试验电路中调整负载电阻来调节负载电流的大小，通过调整信号发生器进而调整老炼电路MOSFET栅源两端电压，从而实现电压、电流的可调调功能。

(3)测试功能：驱动电路模块产品是由不同的分立器件通过一定的电路设计构成的具备一定电功能的混合集成电路模块产品，其自身具备的功能特点导致模块成形后部分器件已无法进行参数测试且仅对器件参数测试也不能完全保证模块整体功能的正常。本试验系统是一套集测试电路、计算机测试程序、测试夹具于一体的综合电参数测试系统。

(4)实时监测功能：从生产的要求评价系统可以融入到整个生产过程，对过程中的产品进行实时功能性检测，并分别记录故障的情况。

通过MOSFET驱动器产品可靠性试验电路对MOSFET驱动器产品进行功能及产品输出负载进行老炼筛选，在产品进行老炼的同时可即时进行相关电参数测试，检验产品老炼状态。

本发明技术方案根据MOSFET驱动器的特点设计该产品的测试及老炼电路板，广泛应用于MOSFET驱动器的电性能测试及可靠性试验中。

附图说明

图1为试验系统拓扑结构示意图。

图2为试验系统单元电路原理结构示意图。

图3为测试模块单元电路原理结构示意图。

图中：U1为被测MOSFET驱动器，RL1、RL2、R1、R2、R3、R4为固定电阻，C1、C2为电容，RL为可调电阻,D1为LED发光二极管，Q1为MOSFET，P1、P2为直流电源，K1为波形发生器，Q11、Q12为晶体管，D为稳压管，SW1、SW2为开关。

具体实施方式

如图1-3所示，以YQDM系列MOSFET驱动器产品为例，设定驱动器的工作电流为20mA，负载电流为10mA，该系列产品主要用于驱动Si基MOSFET、SiC基MOSFET。目前该产品已广泛运用与航空、航天、船舶、汽车等领域。

所述试验系统的具体实施方式如下：

1、控制系统的设计

MOSFET驱动器输入信号采用双电源设计。输入端采用双电源的方式进行，一组电源采用线性可调电压源，作为输入端主电源，最高电压为36V,另一组电源为可调频信号源主要用于试验电路的频率信号，最高电压为10V。

2、测试系统的设计

(1)测试系统包括若干个工位，每个工位包括若干个测试单元，每个试验单元由可靠性测试单元电路组成。本实施例测试系统共设计10个工位，每个工位25个测试单元，即设备一次性可测试250个单元。

(2)根据MOSFET驱动器的功能及性能，设计驱动器的测试电路，使驱动器处于工作状态。

3、负载系统的设计

为保证每个试验单元负载电流的一致性，消除各单元负载电阻、显示模块之间的不一致性导致每一个试验单元电流差异的影响，在可靠性试验电路中调整负载电阻来调节负载电流的大小。同时通过调整信号发生器进而调整老炼电路MOSFET栅源两端电压，从而实现电压、电流的可调调功能。在调节端设置可调滤波电容滤出测试模块输出信号的高频交分量(频率可调)，剔除干扰信号对试验的影响。

4、电源系统设计

所述直流电源P1的电压值为36V，P2的最大电压值为200V。设定驱动器的工作电流为20mA，负载电流为10mA，所有单元电路及模拟负载采用并联方式连接，输入端电源功率至少为360W(36V/10A),负载端电源为1000W(200V/5A)。

所述试验系统的单元电路包括被测MOSFET驱动器U1，固定电阻RL1、RL2、R1、R2、R3、R4，电容C1、C2，可调电阻RL,LED发光二极管D1，MOSFET管Q1，直流电源P1、P2，波形发生器K1，晶体管Q11、Q12，稳压管D，开关SW1、SW2。

所述控制模块包括：波形发生器K1，晶体管Q11、Q12，固定电阻RL1、RL2，直流电源P2。波形发生器K1的V+端、RL1的一端、RL2的一端连接P2,波形发生器K1的V-端、GND端接地，波形发生器K1的IN端连接Q11的栅极，Q11与Q12的源极接地，Q11的漏极与RL1的另一端、Q12的栅极连接，Q12的漏极与RL2的另一端连接。

所述测试模块包括：被测MOSFET驱动器U1，固定电阻R1、R2、R3、R4，电容C1、C2，稳压管D，开关SW1、SW2。K1的IN端与开关SW1、SW2的输入端连接，开关SW1的输出端与R1的一端或R2的一端连接，开关SW2的输出端与R2的一端及U1的ADJ1端连接，或与悬空端连接，R1的另一端连接U1的IN1端，R2的另一端连接U1的IN2端，U1的ADJ2端与ADJ3端、R3的一端连接，U1的ADJ1端与ADJ3端、C1的一端连接，C1的另一端与U1的GND端、R4的一端、C2的一端连接，R3的另一端与U1的OUT端、R4的另一端、C2的另一端连接。

所述负载模块包括：可调电阻RL,LED发光二极管D1，MOSFET管Q1，直流电源P1。RL的一端与P1连接，RL的另一端与D1正极连接，D1负与Q1漏极连接，Q1源极接地，Q1漏极连接经过反向二极管与Q1源极连接，Q1栅极接前级输出端。

通过切换开关SW1及SW2来控制测试时产品的状态(导通、关闭两种状态)，测试在这两种状态下产品的输出电参数，通过对输出电参数的评价来判断产品的好与坏。测试系统可对产品进行功能测试及参数测试：功能测试，将产品放置测试模具中，打开通电开关，通过观察指示灯的亮灭情况来判断功能的好与环；电参数测试，通过将系统嫁接在计算机测试系统中，通过SW开关调节来测试产品的电参数。

通过对功率MOSFET驱动模块的分析，主要优点在于：

(1)控制系统、测试系统及模拟负载系统三块分离，通过总线通信技术进行连接，以保证试验平台的机动性和适用于更多产品的评价要求。

(2)完全模拟用户使用状态，进行长期高频次可靠性试验，开关频次以千万次计数。

(3)电路简单，可以实现多台设备级联，具备很好的实现性、维护性和推广性。

最后应说明的是：上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，本发明包括但不限于以上实施例，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡符合本发明要求的实施方案均属于本发明的保护范围。