СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ МИКРОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ПРЯМОГО ТОКА Российский патент 1995 года по МПК G01R31/26 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для контроля и измерения критических значений прямого тока силовых полупроводниковых приборов (СПП).

В настоящее время разработан ряд методов неразрушающего измерения величины ударного тока СПП [1-5]. Все эти методы подразделяются на корреляционные и прямые.

В корреляционных методах получают уравнения pегрессии между амплитудой ударного тока и одним из параметров или характеристик СПП, среди которых используются:
сдвиг фаз между амплитудами тока и прямого падения напряжения;
ширина петли вольт-амперной характеристики, наблюдаемой на экране электронного осциллографа;
прямое падение напряжения при токе, несколько меньшем ударного;
переходный тепловой импеданс и другие.

Известно несколько методов неразрушающего измерения величины ударного тока, основанных на измерении параметра СПП, непосредственно связанного с электромагнитными и тепловыми процессами, происходящими внутри полупроводниковой структуры при прохождении через нее импульсов тока большой амплитуды. Так, в работе [2] в качестве такого параметра используется статическое сопротивление прибора r_ст , определяемое по изохронной прямой вольт-амперной характеристике (ПВАХ)
r_ст = u/i, где u - мгновенное значение падения напряжения на приборе;
i - мгновенное значение прямого тока через прибор.

При пропускании через прибор импульса тока амплитудой I_т, превышающей величину ударного тока I_уд, на восходящей ветви ПВАХ наблюдается участок насыщения, а график статического сопротивления r_стимеет минимум.

Наиболее близким к заявляемому по своей сущности является способ, основанный на использовании в качестве параметра СПП, связанного с процессами, происходящими в полупроводниковой структуре, величины дифференциальной емкости [1] . Способ базируется на том явлении, что при высоких плотностях прямого тока через испытуемый прибор (ИП), соответствующих режимам по току, близким к величине ударного тока, преобладает емкостной характер полного дифференциального сопротивления прибора. Причем в момент, когда наступает локализация тока в плазменный шнур, но еще не развился тепловой пробой, наблюдаются экстремальные значения дифференциальной емкости и дифференциального активного сопротивления (максимального и минимального значений соответственно). Фиксируя момент начала локализации тока по зависимости дифференциальной емкости прибора от величины прямого тока через нее и прерывая ток в момент достижения емкостью максимального значения, можно обеспечить неразрушающий контроль величины ударного тока для каждого испытуемого прибора с высокой точностью.

Существенным недостатком данного метода является то, что используемые в нем физические зависимости начинают проявляться только при длительностях импульса тока, равных единицам миллисекунд и более. В микросекундном диапазоне этот метод практически не работает.

Целью изобретения является повышение точности определения для силовых полупроводниковых приборов критических значений микросекундных импульсов прямого тока.

Поставленная цель достигается согласно способу определения стойкости силовых полупроводниковых приборов к воздействию микросекундных импульсов прямого тока, заключающемуся в том, что через испытуемый прибор пропускают импульс возрастающего прямого тока и одновременно контролируют взаимосвязанный с током параметр прибора. Фиксируя при этом величину прямого тока, принимаемую за измеряемый параметр, в момент достижения экстремума информативным параметром, в качестве которого используют дифференциальную индуктивность. При этом значение прямого тока фиксируется в момент достижения минимума дифференциальной индуктивности.

В микросекундном диапазоне длительностей импульсов прямого тока через СПП эффекты модуляции сопротивления базы и распространения включенного состояния приводят к тому, что напряжение имеет тенденцию опережения по отношению к току. Прибор ведет себя как индуктивный характер нагрузки. Рост вклада активного характера сопротивления базы определяется разогревом структуры током и механизмом рассеяния на фотонах, который несколько маскируется рассеянием носителей на носителях. Преобладание активного характера над индуктивным свидетельствует о начале неустойчивости теплового режима и может быть принято в качестве физического критерия неразрушающего контроля стойкости СПП к воздействию импульсов тока большой амплитуды.

На фиг. 1-3 представлены копии осциллограмм токов и напряжений на СПП при различных амплитудах импульса тока, а также наличии или отсутствии защиты; на фиг.4 приведена блок-схема одного из возможных вариантов устройств, реализующих предлагаемый способ.

При амплитудах тока, превышающих критическое значение на кривой напряжения появляется горб и изменяется момент прохождения напряжения через О в сторону, соответствующую уменьшению индуктивного характера нагрузки. Появление горба на кривой напряжения также может быть использовано в качестве критерия неразрушающего контроля стойкости СПП к воздействию импульсов прямого тока.

Устройство содержит генератор 1 силовых импульсов тока, выходы которого через измерительный шунт 2 присоединены к клеммам 3 для подключения ИП. К клеммам 3 присоединен также блок 4 для анализа состояния тиристора, выход которого связан с блоком 5 защиты. Первый выход блока 5 защиты соединен с генератором силовых импульсов тока. Шунт 2 связан с первым входом блока 6 памяти, второй вход которого связан с вторым выходом блока защиты, а выход - с блоком 7 измерения и индикации.

Предлагаемый способ осуществляют с помощью данного устройства следующим образом.

От генератора 1 через испытуемый прибор, подключенный к клеммам 3, пропускают импульс силового тока, по амплитуде заведомо больший максимального. При этом на блок 4 поступает напряжение с ИП. При превышении производной от напряжения на ИП некоторого заданного положительного значения, обеспечивающего нечувствительность к помехам, блок 4 выдает сигнал на блок 5 защиты, который блокирует генератор 1, ограничивая ток через ИП (см.фиг. 3), и фиксирует мгновенное значение тока через ИП в блоке 6 памяти, которое считывается затем блоком 7 измерения и индикации.

Экспериментальные исследования заявляемого метода показали, что по сравнению с прототипом он может быть использован для определения стойкости СПП к воздействию импульсов прямого тока длительностью десятки и сотни микросекунд. При этом погрешность определения критических значений прямого тока не превышает 10%.

Использование: для контроля и измерения критических значений прямого тока силовых полупроводниковых приборов (СПП). Сущность способа: через испытуемый прибор (ИП) пропускают импульс силового тока и одновременно контролируют взаимосвязанный с током параметр прибора, фиксируя при этом величину силового тока, которую принимают за измеряемый параметр. Импульс силового тока пропускают до момента достижения дифференциальной индуктивностью прибора минимального значения. 4 ил.

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТОЙКОСТИ СИЛОВЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ К ВОЗДЕЙСТВИЮ МИКРОСЕКУНДНЫХ ИМПУЛЬСОВ ПРЯМОГО ТОКА, включающий пропускание через испытуемый прибор возрастающего прямого тока, определение текущего значения информативного параметра и фиксацию значения прямого тока в момент достижения информативным параметром экстремума, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, в качестве информативного параметра используют дифференциальную индуктивность, а значение прямого тока фиксируют в момент достижения минимума дифференциальной индуктивности.