三极管RBSOA测试仪的设计

本文基于三极管的反向偏压安全工作区原理，设计研发了一款由电感诱导的三极管RBSOA测试仪。通过反向偏压安全工作区判断三极管的好坏，是一种全新的检测方法。

l 三极管RBSOA测试技术概述
1．1 RBSOA
    由于负载诱导，在关断三极管的时候，负载端的高电压与大电流将同时持续存在，持续时间主要取决于发射结的反向偏压的大小。所以在关断时集电极的电流电压必须控制在三极管的可承受范围以内，这即是晶体管的反向偏压安全工作区，它表现为反偏关断晶体管时的电流电压值，如图1所示。所以，RBSOA即晶体管在反向偏压下能够安全工作的区域。一般说来，晶体管的反向偏压工作范围是由其最大额定值(电压、电流、温度功率最大值)决定的。

    在实际应用中，功率晶体管及其他半导体器件在应用中常常会受到一种被称为“二次击穿”现象的损坏，它表现为器件电压自发地而且往往是突然的下降，以及突然发生内部电流集中。电压降低和伴随的电流增大会造成电路故障，而内部电流集中将会引起局部发热，因而导致器件退化甚至完全失效。当晶体管工作于RBSOA内，则可以很好地避免“二次击穿”的发生。
1．2 三极管RBSOA测试原理
    三极管RBSOA测试的原理如图2所示。

    开关S先打到Ib1端，给测试管DUT提供正向基极Ib脉冲，使被测管导通。由于测试管工作于放大区，Ic=βIb，Ic上升，但由于线性电感Lc的作用，Ic随时间线性上升，直到Ic达到预设定的值。然后将S打到Ib2端，反向抽取DUT基区的超量电荷，迫使DUT马上关断，加速Ic的下降。根据ε=L×dI／dt，Ic的快速下降将使电感两端产生一个很高的感生电动势，DUT的集电极上的电位也随之升高。当Vce大于Vclamp时，Vce就会被箝位电路箝住，使Vce保持跟Vclamp相等。通过检测Ic和Vclamp是否能达到预设的值(即三极管是否能在反向偏压安全工作区内正常工作而不被击穿)，就可以断定被测管是否好管。
2 系统结构
    由以上测试原理可知，本系统的特点是要实现三极管集电极电流和集电极-发射极反向偏压可控、电流和电压的迅速检测并判断以及对各种判断结果做出相应处理，因此必须要求系统具有非常良好的可控性、可靠性、稳定性和实时性。为了实现上述功能和特点，本测试仪划主要分成6个模块；驱动电路模块、箝位电路模块、电流电压检测模块、MCU模块、计算机／PC模块和大功率电源模块，结构框图如图3所示。