一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法，雪崩测试电路包括电源保护电路、测试电路和控制电路；电源保护电路与测试电路串联；电源保护电路包含直流DC电源、稳压电容C1、滤波电容C2、保护三极管Q3和保护二极管D3；测试电路包含待测二极管D1、待测三极管Q1、旁路三极管Q2、保护二极管D2和负载电感L1,负载电感L1存储的雪崩能量有两条泄放支路，保护二极管D2与两条泄放支路分别构成泄放回路；控制电路分别连接待测三极管Q1、旁路三极管Q2和保护三极管Q3的栅极。本发明专利技术实现了在固定电路中对氮化镓二极管和三极管的雪崩参数进行测量，提升了测试效率，降低了测试成本，并且利用泄放回路消除了雪崩能量对电路的冲击，保护了电源设备。

【技术实现步骤摘要】
一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法
本专利技术涉及一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法，属于电子电路

技术介绍
作为一种新兴的第三代半导体材料，氮化镓材料具有禁带宽度大、饱和漂移速度快、击穿电场强等优越特性，是传统硅材料的理想替代品。基于氮化镓材料制备的二极管和三极管具有高击穿电压、高开关频率、高功率密度等特点，在功率电力电子领域有重要的应用前景。在逆变器或者变换器等感性负载电路中，氮化镓二极管和三极管会受到由电感负载释放的雪崩能量冲击，致使器件发生雪崩击穿失效。常见的雪崩参数有雪崩电压、雪崩电流、雪崩能量，雪崩参数值的高低决定了氮化镓二极管和三极管的雪崩承受能力的强弱。同时雪崩击穿产生的雪崩能量会对电路以及电源设备产生冲击。公开号为CN108181564A、名称为一种UIS测试电路及其测试方法的专利，提出将测试电路中的三极管和二极管互为简单替换，实现测量三极管和二极管的雪崩参数，但同时存在如下不足：首先，二极管具有阳极和阴极两个管脚，三极管具有栅极、源极和漏极三个管脚，并且两种器件均含有多种封装结构形式，基于这些差异，当三极管和二极管互为简单替换接入电路中进行雪崩测试时，重复焊接、管脚不匹配、封装不一致问题会导致测试精度降低、误差变大；其次，三极管或者二极管完成雪崩测试后，需要将其拆除，替换为未测试器件，导致测试效率低下，无法进行大规模雪崩测试；第三，在雪崩测试中，三极管和二极管会产生不同的雪崩能量，将两者互为替换放入单一电路中，会导致电路出现过冲，损坏电源设备。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路及其控制方法，测试前同时安装好待测三极管和待测二极管，测试过程中无需替换器件，实现了氮化镓二极管和三极管的快速测量，提升了测试效率，降低了测试成本，同时避免了替换器件引起的电路过冲问题；使用保护二极管D2与待测器件分别构成雪崩能量泄放回路，消除了雪崩能量对电路的冲击，提高了安全性，提高了测试精度；保护三极管Q3和保护二极管D3串联，阻挡了雪崩能量反向流动，避免对电源设备造成冲击，保护了电源设备。为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案如下：一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路，包括电源保护电路、测试电路和控制电路；电源保护电路与测试电路串联；电源保护电路包含直流DC电源、稳压电容C1、滤波电容C2、保护三极管Q3和保护二极管D3，直流DC电源、保护三极管Q3和保护二极管D3串联，稳压电容C1和滤波电容C2分别并联在直流DC电源的两端；测试电路包含待测二极管D1、待测三极管Q1、旁路三极管Q2、保护二极管D2和负载电感L1,负载电感L1储存雪崩能量；待测三极管Q1的漏极与旁路三极管Q2的漏极并接于负载电感的一侧，负载电感的另一侧连接保护二极管D3的阴极；待测二极管D1的阴极连接旁路三极管Q2的源极，待测二极管D1的阳极和待测三极管Q1的源极并接于保护二极管D2的阳极，保护二极管D2的阳极连接直流DC电源的负端，保护二极管D2的阴极连接保护二极管D3的阴极；旁路三极管Q2的击穿电压高于待测三极管Q1的击穿电压，待测三极管Q1的击穿电压高于待测二极管D1的击穿电压；控制电路分别连接待测三极管Q1的栅极、旁路三极管Q2的栅极和保护三极管Q3的栅极。本申请控制电路可以采用SILICONLABS公司生产的Si827x驱动芯片，提供三个隔离的三极管栅极控制信号。上述集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路中，负载电感L1存储的雪崩能量有两条泄放回路、分别为第一雪崩能量泄放回路和第二雪崩能量泄放回路；保护二极管D2、负载电感L1和待测三极管Q1构成第一雪崩能量泄放回路；保护二极管D2、负载电感L1、旁路三极管Q2和待测二极管D1构成第二雪崩能量泄放回路。也即负载电感L1存储的雪崩能量有两条泄放支路，支路一为负载电感L1和待测三极管Q1构成，支路二为负载电感L1、旁路三极管Q2和待测二极管D1构成，保护二极管D2与两条泄放支路分别构成泄放回路。上述保护二极管D3具有正向快速导通和反向完全截止特性，保护三极管Q3具有快速关断和高击穿电压特性，用于保护电源设备。上述保护三极管Q3的源极连接直流DC电源的正端，保护三极管Q3的漏极连接保护二极管D3的阳极。为了进一步提高电路的安全性和稳定性，保护二极管D2和保护二极管D3均为高压碳化硅二极管，保护三极管Q3和旁路三极管Q2均为高压碳化硅MOSFET。上述集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路的控制方法，包括如下步骤：1)控制电路首先控制待测三极管Q1和保护三极管Q3导通，同时使旁路三极管Q2关断，使直流DC电源、保护三极管Q3、保护二极管D3、负载电感L1、待测三极管Q1构成导通回路，使负载电感L1存储雪崩能量；2)控制电路控制待测三极管Q1、旁路三极管Q2和保护三极管Q3均关断，则获取待测三极管Q1的雪崩参数，并且保护二极管D2、负载电感L1和待测三极管Q1构成雪崩能量泄放回路，消除了测试过程中雪崩能量对电路的冲击；3)控制电路控制待测三极管Q1和保护三极管Q3均关断，旁路三极管Q2导通时，则获取待测二极管D1的雪崩参数，并且保护二极管D2、负载电感L1、旁路三极管Q2和待测二极管D1构成雪崩能量泄放回路，消除了雪崩能量对电路的冲击。上述控制方法，通过控制电路提供快速精确的控制信号，实现了在固定电路中对氮化镓二极管和三极管的雪崩参数进行测量，提升了测试效率，降低了测试成本，并且利用保护回路消除了雪崩能量对电路的冲击，有效保护了电源设备。为了方便测试，上述步骤2)中，利用示波器抓取待测三极管Q1漏极和源极之间的雪崩电压、雪崩电流和雪崩能量波形；步骤3)中，利用示波器抓取待测二极管D1阳极和阴极之间的雪崩电压、雪崩电流和雪崩能量波形。本专利技术未提及的技术均参照现有技术。本专利技术的有益效果如下：(1)本专利技术实现了集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路，利用控制电路来控制待测三极管Q1、旁路三极管Q2和保护三极管Q3的导通和关断，实现了氮化镓三极管和二极管快速高效的雪崩测试，提高了测试精度。(2)本专利技术在测试前安装好待测三极管和待测二极管，测试过程中无需替换器件，可对氮化镓二极管和三极管进行快速测量，提升了测试效率，降低了测试成本。(3)本专利技术使用保护二极管D2与待测器件分别构成雪崩能量泄放回路，消除了雪崩能量对电路的冲击，提高了测试精度。(4)本专利技术使用保护三极管Q3和保护二极管D3串联，阻挡了雪崩能量反向流动，避免对电源设备造成冲击，提高了测试精度，保护了电源设备。附图说明图1为本专利技术集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路；图2为本专利技术的控制方法示意图；图3为本专利技术的氮化镓三极管雪崩测试参数波形图；图4为本专利技术的氮化镓二极管雪崩测试参数波形图；图5为本专利技术的雪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路，其特征在于：包括电源保护电路、测试电路和控制电路；/n电源保护电路与测试电路串联；/n电源保护电路包含直流DC电源、稳压电容C1、滤波电容C2、保护三极管Q3和保护二极管D3，直流DC电源、保护三极管Q3和保护二极管D3串联，稳压电容C1和滤波电容C2分别并联在直流DC电源的两端；/n测试电路包含待测二极管D1、待测三极管Q1、旁路三极管Q2、保护二极管D2和负载电感L1，负载电感L1储存雪崩能量；待测三极管Q1的漏极与旁路三极管Q2的漏极并接于负载电感的一侧，负载电感的另一侧连接保护二极管D3的阴极；待测二极管D1的阴极连接旁路三极管Q2的源极，待测二极管D1的阳极和待测三极管Q1的源极并接于保护二极管D2的阳极，保护二极管D2的阳极连接直流DC电源的负端，保护二极管D2的阴极连接保护二极管D3的阴极；旁路三极管Q2的击穿电压高于待测三极管Q1的击穿电压，待测三极管Q1的击穿电压高于待测二极管D1的击穿电压；/n控制电路分别连接待测三极管Q1的栅极、旁路三极管Q2的栅极和保护三极管Q3的栅极。/n

【技术特征摘要】
1.一种集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路，其特征在于：包括电源保护电路、测试电路和控制电路；
电源保护电路与测试电路串联；
电源保护电路包含直流DC电源、稳压电容C1、滤波电容C2、保护三极管Q3和保护二极管D3，直流DC电源、保护三极管Q3和保护二极管D3串联，稳压电容C1和滤波电容C2分别并联在直流DC电源的两端；
测试电路包含待测二极管D1、待测三极管Q1、旁路三极管Q2、保护二极管D2和负载电感L1，负载电感L1储存雪崩能量；待测三极管Q1的漏极与旁路三极管Q2的漏极并接于负载电感的一侧，负载电感的另一侧连接保护二极管D3的阴极；待测二极管D1的阴极连接旁路三极管Q2的源极，待测二极管D1的阳极和待测三极管Q1的源极并接于保护二极管D2的阳极，保护二极管D2的阳极连接直流DC电源的负端，保护二极管D2的阴极连接保护二极管D3的阴极；旁路三极管Q2的击穿电压高于待测三极管Q1的击穿电压，待测三极管Q1的击穿电压高于待测二极管D1的击穿电压；
控制电路分别连接待测三极管Q1的栅极、旁路三极管Q2的栅极和保护三极管Q3的栅极。


2.根据权利要求1所述的集成氮化镓二极管和三极管的雪崩测试电路，其特征在于：负载电感L1存储的雪崩能量有两条泄放回路、分别为第一雪崩能量泄放回路和第二雪崩能量泄放回路；保护二极管D2、负载电感L1和待测三极管Q1构成第一雪崩能量泄放回路；保护二极管D2、负载电感L1、旁路三极管Q2和待测二极管D1构成第二雪崩能量泄放回路。


3.根据权利要求1或2所述的集成氮化镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：周峰，陆海，徐尉宗，柏宇，任芳芳，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32