一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法技术

本发明专利技术公开了一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其包括以下步骤：S1、查询并根据器件手册中给出的集电极电流和跨导计算结构特征参数；S2、实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压和集电极电流；S3、根据结构特征参数、栅极米勒平台电压和集电极电流获取绝缘栅器件阈值电压。本发明专利技术通过测量绝缘栅器件在工作时栅极弥勒平台电压间接测量出绝缘栅器件的阈值电压，解决了目前绝缘栅器件的阈值电压无法不停机监测的难题。

【技术实现步骤摘要】
一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法。
技术介绍
电力电子器件作为电力电子系统的核心常常是电力电子变化装置失效的主因。据调查，超过1/3的电力电子系统故障是由于电力电子器件的芯片或焊接失效造成的。故研究电力电子器件的健康状态，完善器件可靠性技术，对提高电力电子系统的整体可靠性具有重要的意义。对电力电子器件健康状况的评估通常借助于老化特征参数，即通过计算这些参数在器件生命周期中偏离初始值的程度来确定器件老化状况。在这些老化特征数据中，绝缘栅器件的阈值电压Vth由于与PN结结温有良好的线性关系成为热点。但是常规的Vth监测必须离线，即必须让电力电子系统中电力电子器件停止工作，然后将器件分离系统进行Vth测量，即需要使电力电子系统宕机，这显然十分不便且不能满足器件健康管理的不停机要求。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法解决了现有阈值电压测量方法需要停机才能测量的问题。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：提供一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其包括以下步骤：S1、查询并根据器件手册中给出的集电极电流和跨导计算结构特征参数；S2、实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压和集电极电流；S3、根据结构特征参数、栅极米勒平台电压和集电极电流获取绝缘栅器件阈值电压。进一步地，步骤S1的具体方法为：根据公式：>获取结构特征参数T；其中IL为器件手册中给出的集电极电流；gm为器件手册中给出的跨导。进一步地，步骤S2中实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压的具体方法包括以下子步骤：S2-1、通过微分器响应目标绝缘栅功率器件栅极电压信号的跳变部分，并输出对应的电压尖峰；S2-2、通过比较器将微分器的输出和阈值参考电压进行比较，并输出对应的矩形脉冲电压；S2-3、通过数字隔离器隔离比较器输出的信号，使其符合驱动模块数字控制信号标准，并将隔离后的信号发送至驱动模块；S2-4、通过驱动模块根据隔离后的信号驱动电压采样电路；S2-5、通过电压采样电路根据驱动模块的驱动获取目标绝缘栅功率器件栅极米勒平台电压；其中微分器的输入端与目标绝缘栅功率器件栅极电压信号相连接；微分器的输出端与比较器的一个输入端相连接，比较器的另一个输入端接收阈值参考电压；比较器的输出端与数字隔离器相连接；数字隔离器的输出端连接驱动模块；驱动模块连接电压采样电路；电压采样电路的输入端与目标绝缘栅功率器件栅极电压信号相连接；微分器，用于响应目标绝缘栅功率器件栅极电压信号的跳变部分，并输出对应的电压尖峰；比较器，用于将微分器的输出和阈值参考电压进行比较，并输出对应的矩形脉冲电压；数字隔离器，用于隔离比较器输出的信号，使其符合驱动模块数字控制信号标准；驱动模块，用于驱动电压采样电路；电压采样电路，用于获取目标绝缘栅功率器件栅极米勒平台电压。进一步地，驱动模块包括型号为1ED020I12FA2的驱动芯片U1和型号为QA01的隔离电源M1，驱动芯片U1的OUT引脚为驱动信号输出引脚；驱动芯片U1的引脚20分别连接电容C1的一端、电容C2的一端、电容C3的一端、驱动芯片U1的引脚19、驱动芯片U1的引脚14、驱动芯片U1的引脚12、驱动芯片U1的引脚11和电阻R1的一端并接地；驱动芯片U1的IN+引脚连接电阻R1的另一端并作为控制信号输入引脚；驱动芯片U1的引脚19分别连接电容C1的另一端、电容C2的另一端、电容C3的另一端和5V电源；驱动芯片U1的引脚1分别连接驱动芯片U1的引脚2、电容C15的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电容C8的一端、电容C7的一端、驱动芯片U1的引脚10、驱动芯片U1的引脚9和隔离电源M1的引脚5；电容C8的另一端与电容C7的另一端相连并接地；驱动芯片U1的引脚3和引脚4相连并接地；隔离电源M1的引脚6分别连接电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端、电容C12的一端、电容C13的一端和电容C14的一端并接地；隔离电源M1的引脚7分别连接电容C12的另一端、电容C13的另一端、电容C14的另一端、电容C6的一端、电容C5的一端、电容C4的一端和驱动芯片U1的引脚6；电容C4的另一端分别连接电容C5的另一端和电容C6的另一端并接地；隔离电源M1的引脚1分别连接电容C9的一端、电容C10的一端、电容C11的一端和15V电源；电容C9的另一端分别连接电容C10的另一端和电容C11的另一端并接地。进一步地，驱动模块还包括设置在驱动信号输出引脚与驱动目标之间的电桥推挽电路；电桥推挽电路包括电阻R2，电阻R2的一端分别连接驱动芯片U1的引脚7和电阻R3的一端；电阻R2的另一端分别连接电阻R3的另一端、NPN型功率三极管T1的基极、PNP型功率三极管T3的基极、NPN型功率三极管T2的基极和PNP型功率三极管T4的基极；NPN型功率三极管T1的发射极分别连接NPN型功率三极管T2的发射极、PNP型功率三极管T3的发射极和PNP型功率三极管T4的发射极并作为电桥推挽电路的输出端；PNP型功率三极管T3的集电极分别连接接地电阻R4和PNP型功率三极管T4的集电极；NPN型功率三极管T1的集电极分别连接NPN型功率三极管T2的集电极和隔离电源M1的引脚7。进一步地，电压采样电路包括运算放大器，运算放大器的同相输入端接地，运算放大器的反相输入端分别连接耗尽型MOS器件M1的源极和电容C20的一端；耗尽型MOS器件M1的栅极连接驱动模块的输出端；耗尽型MOS器件M1的漏极分别连接电阻R8的一端和电阻Rf3的一端；电阻R8的另一端与绝缘栅器件的栅极相连接；运算放大器的输出端分别连接电阻Rf3的另一端和电容C20的另一端并作为电压采样电路的输出端。进一步地，步骤S3的具体方法为：根据公式：获取绝缘栅器件阈值电压Vth；其中VGP为栅极米勒平台电压；I'L为实时获取的集电极电流；T为结构特征参数。本专利技术的有益效果为：1、本方法通过测量绝缘栅器件在工作时栅极弥勒平台电压间接测量出绝缘栅器件的阈值电压，解决了目前绝缘栅器件的阈值电压无法不停机监测的难题。2、本专利技术可以方便的集成在绝缘栅功率器件的栅极驱动电路中，不影响电力电子系统的正常运行，实现VGP实时不停机监测，为VGP在绝缘栅功率器件的健康管理中的应用奠定了基础。附图说明图1为本方法的流程示意图；图2为微分器、比较器和数字隔离器的电路示意图；图3为驱动模块的电路示意图；图4为电压采样电路的示意图；图5为绝缘栅功率器件开启时栅极电压的波形示意图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式进行描述，以便于本
的技术人员理解本专利技术，但应该清楚，本专利技术不限于具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、查询并根据器件手册中给出的集电极电流和跨导计算结构特征参数；/nS2、实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压和集电极电流；/nS3、根据结构特征参数、栅极米勒平台电压和集电极电流获取绝缘栅器件阈值电压。/n

【技术特征摘要】
20191227 CN 201911378345X;20191227 CN 2019113816551.一种绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、查询并根据器件手册中给出的集电极电流和跨导计算结构特征参数；
S2、实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压和集电极电流；
S3、根据结构特征参数、栅极米勒平台电压和集电极电流获取绝缘栅器件阈值电压。


2.根据权利要求1所述的绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其特征在于，所述步骤S1的具体方法为：
根据公式：



获取结构特征参数T；其中IL为器件手册中给出的集电极电流；gm为器件手册中给出的跨导。


3.根据权利要求1所述的绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其特征在于，所述步骤S2中实时获取绝缘栅器件的栅极米勒平台电压的具体方法包括以下子步骤：
S2-1、通过微分器响应目标绝缘栅功率器件栅极电压信号的跳变部分，并输出对应的电压尖峰；
S2-2、通过比较器将微分器的输出和阈值参考电压进行比较，并输出对应的矩形脉冲电压；
S2-3、通过数字隔离器隔离比较器输出的信号，使其符合驱动模块数字控制信号标准，并将隔离后的信号发送至驱动模块；
S2-4、通过驱动模块根据隔离后的信号驱动电压采样电路；
S2-5、通过电压采样电路根据驱动模块的驱动获取目标绝缘栅功率器件栅极米勒平台电压；
其中微分器的输入端与目标绝缘栅功率器件栅极电压信号相连接；微分器的输出端与比较器的一个输入端相连接，比较器的另一个输入端接收阈值参考电压；比较器的输出端与数字隔离器相连接；数字隔离器的输出端连接驱动模块；驱动模块连接电压采样电路；电压采样电路的输入端与目标绝缘栅功率器件栅极电压信号相连接；
所述微分器，用于响应目标绝缘栅功率器件栅极电压信号的跳变部分，并输出对应的电压尖峰；
所述比较器，用于将微分器的输出和阈值参考电压进行比较，并输出对应的矩形脉冲电压；
所述数字隔离器，用于隔离比较器输出的信号，使其符合驱动模块数字控制信号标准；
所述驱动模块，用于驱动电压采样电路；
所述电压采样电路，用于获取目标绝缘栅功率器件栅极米勒平台电压。


4.根据权利要求3所述的绝缘栅器件阈值电压的不停机测量方法，其特征在于，所述驱动模块包括型号为1ED020I12FA2的驱动芯片U1和型号为QA01的隔离电源M1，驱动芯片U1的OUT引脚为驱动信号输出引脚；驱动芯片U1的引脚20分别连接电容C1的一端、电容C2的一端、电容C3的一端、驱动芯片U1的引脚19、驱动芯片U1的引脚14、驱动芯片U1的引脚12、驱动芯片U1的引脚11和电阻R1的一端并接地；驱动芯片U1...

【专利技术属性】
技术研发人员：伍伟，李文哲，陈勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51