開關電源，又稱交換式電源、開關變換器，是一種高頻化電能轉換裝置，是電源供應器的一種。民熔開關電源利用的切換晶體管多半是在全開模式及全閉模式之間切換，這兩個模式都有低耗散的特點，切換之間的轉換會有較高的耗散，但時間很短，所以民熔開關電源比較節省能源，產生廢熱較少。民熔開關電源的高轉換效率是其一大優點，而民熔開關電源工作頻率高，也可以使用小尺寸、輕重量的變壓器，民熔開關電源重量也會比較輕。民熔開關電源產品廣泛應用于工業自動化控制、軍工設備、科研設備、LED照明等領域。

功率半導體器件作為開關電源中的重要組成部分之一，它的應力測試也是重中之重，下面小課堂就來分享一下相關內容。不少開關電源的測試是高質苛刻的，特別是下方的開關電源。

功率半導體器件應力測試

測試說明：

功率半導體器件主要包括：直流直流主功率晶體管、輸出整流二極管、功率因數校正主功率晶體管、功率因數校正整流二極管、功率因數校正四電平二極管等。這些功率半導體器件的正確使用是供電可靠性的重要保證。為了保證功率器件的合理使用，應考慮合理的電流、電壓和結溫降額。因此，試驗中應注意以下幾個方面：

A、滿足電壓降額要求；B、滿足電流降額要求。

測試方法：

A、測試功率半導體器件在最壞條件下的VDS電壓波形，確定最大電壓和最大峰值電壓。由于VDS電壓較高，最大電壓尖峰頻率可達30-40mhz，電壓尖峰小于300V（一般額定電壓為300，帶寬為100m或50m，測試波形不失真）時，可使用普通示波器原探頭。當電壓尖峰大于300V時，以高壓無源探頭的測試結果為準（帶寬為100m），測試波形不失真。有源高壓探頭帶寬較窄，一般為20MHz，易變形，不推薦使用。

電壓應力測試主要測試動態條件下的電壓應力（因為穩態下的電壓應力較小）。具體測試條件如下：

（1）輸入電壓為最高電壓。測試裝置在空載、滿載、限流狀態、空載至限流（輸出電壓約50V）、空載至深限流（輸出電壓小于40V），（所有負載跳變條件為：跳變時間5ms，TR、TF均為1a，對應20us），空載下的電壓應力短路狀態。改變輸入電壓，在最小輸入電壓和額定輸入電壓下重復上述試驗。記錄試驗的最大應力，記錄超標電壓波形。

（2）模擬系統上運行的情況測試下，在系統上，當模塊處于浮充狀態，監控使模塊變為均充，這時由于模塊電壓上升速度不一致，導致電壓上升較快的模塊瞬間承受過高的功率，同時模塊又沒法短路回縮（電壓高于短路回縮點），這是模塊的應力比較大，肯可能會導致器件應力超標。具體的模擬方法：如測試25A（或50A模塊）時，用100A的模塊和25A模塊（或50A模塊）并聯，然后帶100A的負載，調節100A模塊的輸出電壓為43A，25A（或50A）模塊的電壓為42V，這時25A（或50A）模塊沒法帶載輸出，突然調節25A（或50A）模塊的電壓為58V，這時25A（或50A）模塊電壓上升，使其瞬間承受100A的負載，并測試此時管子的電壓應力。

（3）輸入電壓在最大電壓和最下電壓之間跳變（跳變時間為20ms）分別測試輸出空載、滿載、限流狀態、空載滿載跳變、空載到限流（輸出電壓為50V左右）、空載到深度限流（輸出電壓小于40V），（所有的負載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應20us），空載到短路情況下，器件的電壓應力。

對于100A模塊，可以用機柜模擬上述現象，主要是使模塊在不允許模塊縮回的情況下，瞬間承載大負載，以測試此時的電壓應力。根據實際電路，可以對各模塊的最大電壓應力進行分析和測試。

B、電流應力測試

測試功率器件在最壞情況下的電流波形，以確定最大工作電流和最大尖峰電流。具體測試條件如下：

（1）輸入電壓最低，輸出電壓最大。測試裝置在滿載、限流、空載滿載跳變、空載到限流（輸出電壓為50V左右）、空載到深度限流（輸出電壓小于40V），（所有的負載跳變條件為：跳變時間5ms，tr和tf為1A對應20us），空載到短路情況下，器件的電流應力。

（2）輸入電壓跳變的最大電壓和最小電壓（跳變時間201ms），分別測試輸出滿載、限流、空載滿載跳變、空載限流（輸出電壓約50V）、空載至深限流（輸出電壓小于40V），（所有負載跳變條件為：跳變時間5ms，TR和TF均為1a，對應20us），空載短路裝置電流應力。

根據實際電路分析和試驗，分別計算出最大額定電流。

判斷標準：

（1）對于電壓應力，在各種情況下，如果被測最大VDS小于器件的額定工作電壓，則為合格；如果被測最大VDS大于器件的額定工作電壓，項目組可出具《設備超量使用報告》進行具體設備認證，設備合格，否則不合格。

（2）對于電流應力，在各種情況下，如果被測最大電流小于裝置額定工作電流，則為合格；如果被測最大電流大于裝置額定工作電流，項目組可出具裝置過度使用報告，進行具體的裝置認證，合格，否則不合格。

上面就是小課堂今天分享的，關于開關電源功率半導體器件應力測試的經驗。
責編AJX