三極管RBSOA測試儀的設(shè)計與實現(xiàn)
摘要:主要介紹了三極管反向偏壓安全工作區(qū)(RBSOA)測試儀的硬件結(jié)構(gòu)和相應(yīng)的軟件實現(xiàn)。該測試儀主要基于三極管的RBSOA及三極管的開關(guān)原理,并結(jié)合實際測試生產(chǎn)環(huán)境,設(shè)計了大功率電源供電電路、電流驅(qū)動電路、電壓箝位電路、電流電壓檢測電路、單片機控制電路以及PC機的用戶界面這6大模塊。該測試系統(tǒng)采用了電感誘導(dǎo)控制電流和箝位電路限壓,成功實現(xiàn)了對三級管集電極電流Ic和集電極-發(fā)射極電壓Vcc的控制;使用多點采樣法,實現(xiàn)了可靠的電流電壓檢測。經(jīng)過長期對不同型號和同一型號不同狀況的三極管測試,成功驗證了測試儀的性能和可靠性。
關(guān)鍵詞:三極管;反向偏壓安全工作區(qū);電感誘導(dǎo);鉗位電路
0 引言
箝位本文介紹的三極管反向偏壓安全工作區(qū)(Reverse-Bias Safe Operating Area,RBSOA)檢測技術(shù)是一種新型的、具有專門性、高可靠性的檢測手段,廣泛應(yīng)用于三極管性能的檢測,并得到業(yè)界的認(rèn)可。目前專門用于檢測三極管在反向偏壓安全工作區(qū)性能狀況的儀器相對較少,而在國內(nèi)還沒有這樣專門的儀器。相關(guān)的檢測儀器,如國內(nèi)的一款BJ2923晶體管測試儀,只能檢測三極管的參數(shù),如反向電壓Vceo,Vc bo等,卻無法檢測該三極管在極限參數(shù)工作下,性能是否有下降或損壞。雖然國外也出現(xiàn)過相關(guān)的檢測儀器,如韓國的EAS2100檢測儀,專門用來檢測場效應(yīng)管(MOSFET)在雪崩能量下的性能狀況,操作簡單,性能可靠,但是只是僅限于MOSFET檢測檢測領(lǐng)域,沒有對三極管的檢測功能。縱觀現(xiàn)有的相關(guān)檢測儀器,不是技術(shù)檢測不成熟,就是針對性不強,發(fā)展專門針對三極管的反向偏壓安全工作區(qū)檢測技術(shù),勢在必行。
本文基于三極管的反向偏壓安全工作區(qū)原理,設(shè)計研發(fā)了一款由電感誘導(dǎo)的三極管RBSOA測試儀。通過反向偏壓安全工作區(qū)判斷三極管的好壞,是一種全新的檢測方法。
l 三極管RBSOA測試技術(shù)概述
1.1 RBSOA
由于負載誘導(dǎo),在關(guān)斷三極管的時候,負載端的高電壓與大電流將同時持續(xù)存在,持續(xù)時間主要取決于發(fā)射結(jié)的反向偏壓的大小。所以在關(guān)斷時集電極的電流電壓必須控制在三極管的可承受范圍以內(nèi),這即是晶體管的反向偏壓安全工作區(qū),它表現(xiàn)為反偏關(guān)斷晶體管時的電流電壓值,如圖1所示。所以,RBSOA即晶體管在反向偏壓下能夠安全工作的區(qū)域。一般說來,晶體管的反向偏壓工作范圍是由其最大額定值(電壓、電流、溫度功率最大值)決定的。
在實際應(yīng)用中,功率晶體管及其他半導(dǎo)體器件在應(yīng)用中常常會受到一種被稱為“二次擊穿”現(xiàn)象的損壞,它表現(xiàn)為器件電壓自發(fā)地而且往往是突然的下降,以及突然發(fā)生內(nèi)部電流集中。電壓降低和伴隨的電流增大會造成電路故障,而內(nèi)部電流集中將會引起局部發(fā)熱,因而導(dǎo)致器件退化甚至完全失效。當(dāng)晶體管工作于RBSOA內(nèi),則可以很好地避免“二次擊穿”的發(fā)生。
1.2 三極管RBSOA測試原理
三極管RBSOA測試的原理如圖2所示。
開關(guān)S先打到Ib1端,給測試管DUT提供正向基極Ib脈沖,使被測管導(dǎo)通。由于測試管工作于放大區(qū),Ic=βIb,Ic上升,但由于線性電感Lc的作用,Ic隨時間線性上升,直到Ic達到預(yù)設(shè)定的值。然后將S打到Ib2端,反向抽取DUT基區(qū)的超量電荷,迫使DUT馬上關(guān)斷,加速Ic的下降。根據(jù)ε=L×dI/dt,Ic的快速下降將使電感兩端產(chǎn)生一個很高的感生電動勢,DUT的集電極上的電位也隨之升高。當(dāng)Vce大于Vclamp時,Vce就會被箝位電路箝住,使Vce保持跟Vclamp相等。通過檢測Ic和Vclamp是否能達到預(yù)設(shè)的值(即三極管是否能在反向偏壓安全工作區(qū)內(nèi)正常工作而不被擊穿),就可以斷定被測管是否好管。
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