一种用于GaN功率器件的功率循环主电路制造技术

一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，包括多条与电压源V

【技术实现步骤摘要】
一种用于GaN功率器件的功率循环主电路


[0001]本专利技术涉及功率半导体器件测量
，具体涉及一种用于GaN功率器件的功率循环主电路。

技术介绍

[0002]随着半导体技术和电力电子技术的发展，半导体器件的应用领域已经拓展到了军工、航天、新能源发电等重要领域。而以氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)为代表的宽禁带半导体器件也随着电力电子高频化、高功率密度化的大趋势获得了广泛的应用。最初GaN器件只是用于雷达、激光等军用领域，由于制造工艺的进步，其成本也逐步降低，这使得GaN器件应用范围逐渐向民用领域拓宽。但是GaN器件尚处于发展的早期阶段，其失效机理仍处于研究中，可靠性仍需提高。可以通过加速老化试验加速GaN器件的老化进程，藉此研究其故障的特征，这不仅对了解GaN器件的老化模式有重大意义，亦对提高GaN器件的可靠性具有重大意义。
[0003]目前常用功率循环试验对半导体器件实现加速老化进而测试其可靠性。功率循环试验是通过给被测器件施加功率，产生热损耗，使器件温度发生周期性波动，以此来模拟被测器件在真实工况中受到的热、电、机应力或者三者的耦合应力，从而模拟并加速了器件在实际工况下的老化过程，进而提前暴露器件在长期运行过程中可能存在的失效，以便进行器件的可靠性评估、失效机理研究和结构优化设计等。
[0004]现有的功率循环电路主要分为串联型和并联型两种。串联型功率循环电路是使被测器件和电流源串联，利用开关实现被测器件的导通和关断。串联型功率循环电路可以同时老化多组串联在一起的被测器件，具有效率高的特点。但是串联型功率循环电路不能利用冷却时间区段，其时间利用率低；此外串联型功率循环电路通过开断功率电流源来实现功率循环，这样频繁开断电流源会导致其寿命降低，从而降低功率循环电路的可靠性。并联型功率循环电路也是一种常用的功率循环电路，此类电路将多组被测器件与电流源并联，每组被测器件通过开关实现导通和关断。常通过交错导通来提高并联型功率循环电路的时间利用率，也可以在一条支路上串联多个被测器件来增大老化效率，另外还可以增加一条旁路提高电流源的可靠性。但是交错导通会使得控制方法变得复杂，外加旁路则会增加成本。

技术实现思路

[0005]针对上述现有的功率循环电路的不足，本专利技术提供一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，实现以简单的控制方法实现对多组GaN功率器件高效地进行老化，并且该功率循环主电路拥有较高的时间利用率。
[0006]本专利技术采取的技术方案为：
[0007]一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，包括：多条与电压源V
load
并联的待测模块；
[0008]所述待测模块包括微处理器、隔离电路、D/A转换电路、反相器、负反馈恒压源驱动模块、GaN器件；
[0009]微处理器连接隔离电路，隔离电路分别连接D/A转换电路、反相器，D/A转换电路、反相器均连接负反馈恒压源驱动模块，负反馈恒压源驱动模块连接GaN器件；
[0010]GaN器件连接测量电路，所述测量电路包括热电偶、电流传感器，热电偶、电流传感器均连接微处理器。
[0011]所述电压源V
load
，用于为GaN器件提供漏极
‑
源极电压V
DS
，使得GaN器件工作在有源区。所述微处理器输出信号一路经隔离电路、D/A转换电路进入负反馈恒压源驱动模块的端口1，微处理器输出信号另一路经隔离电路、反相器至负反馈恒压源驱动模块的端口2，改变微处理器的输出，能够调节负反馈恒压源驱动模块实现对被测GaN器件的栅极
‑
源极电压V
GS
的调整，以此能够调整流过被测GaN器件的漏极
‑
源极电流I
DS
。
[0012]所述热电偶，用来测量GaN器件的温度；
[0013]所述电流传感器，用来测量GaN器件的漏极
‑
源极电流I
DS
。
[0014]所述负反馈恒压源驱动模块由一个减法器级联一个积分电路构成，积分电路输出端V
out
引回减法器的同向输入端，以构成负反馈；负反馈恒压源驱动模块端口1的电压和端口2的电压反相。
[0015]本专利技术一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，技术效果如下：
[0016]1).本专利技术用于进行功率半导体器件的功率循环测试，主电路采用电压源与多条待测模块并联，其中，电压源为被测GaN器件提供特定的漏极
‑
源极V
DS
，使得被测GaN器件工作在有源区。所述被测GaN器件的栅极
‑
源极V
GS
可由微处理器通过调节负反馈恒压源驱动来改变，以此调节GaN器件老化功率，实现老化进程的控制。
[0017]负反馈恒压源驱动还可以用于GaN器件老化升温时结温的监测，得益于并联结构，主电路的控制方法简单，可以同时老化多组待测模块，各组待测模块之间互相解耦、易拓展。主电路具有时间利用率高且老化效率高的特点。
[0018]2).本专利技术的主电路可以实现多组老化策略，如：准结温波动老化策略、恒定壳温波动老化策略和恒定导通、关断时间老化策略，以应对不同的试验需求。在不同的老化策略下本专利技术的结温测量测略为：若主电路进行准结温波动的功率循环，则被测GaN器件导通老化时通过测量电路中的电流传感器检测被测GaN器件的漏极
‑
源极I
DS
来检测结温，而在被测GaN器件断开冷却时通过测量电路中的热电偶检测被测GaN器件的壳温来反映结温；若主电路在恒定壳温波动的老化策略下进行功率循环，只需要通过测量的电路的热电偶测量被测GaN器件的壳温即可；若主电路在恒定导通关断时间的老化策略下进行功率循环，其测量结温的方法类似于准结温波动老化策略下被测器件的测量方法。
[0019]3).本专利技术的主电路相较于传统的功率循环电路，不需要另外配置开关，只需要通过微处理器按预置的时序控制负反馈电压源驱动来调节被测GaN器件的V
GS
，从而实现被测GaN器件的开断。这不仅大大简化了主电路的控制，而且节约了成本；同时也有利于主电路的维护。
[0020]4).本专利技术的主电路采用并行老化的控制策略，即同时对多组待测模块进行老化。此电路相较于传统的功率循环电路具有老化效率高、电源利用率高、控制方法简单且各被测GaN器件的老化相互解耦和易拓展等特点。
附图说明
[0021]图1为本专利技术的主电路图。
[0022]图2为本专利技术主电路中待测模块示意图。
[0023]图3为待测模块中负反馈恒压源驱动模块的示意图。
[0024]图4为数据手册上关于GaN器件伏安特性与结温的关系图。
[0025]图5(1)为本专利技术主电路在准结温波动老化控制策略下工作的时序图一；
[0026]图5(2)为本专利技术主电路在准结温波动老化控制策略下工作的时序图二；
[0027]图5本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于包括：多条与电压源V
load
并联的待测模块；所述待测模块包括微处理器、隔离电路、D/A转换电路、反相器、负反馈恒压源驱动模块、GaN器件；微处理器连接隔离电路，隔离电路分别连接D/A转换电路、反相器，D/A转换电路、反相器均连接负反馈恒压源驱动模块，负反馈恒压源驱动模块连接GaN器件；GaN器件连接测量电路，所述测量电路包括热电偶、电流传感器，热电偶、电流传感器均连接微处理器。2.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于：所述电压源V
load
，用于为GaN器件提供漏极
‑
源极电压V
DS
，使得GaN器件工作在有源区。3.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于：所述微处理器输出信号一路经隔离电路、D/A转换电路进入负反馈恒压源驱动模块的端口1，微处理器输出信号另一路经隔离电路、反相器至负反馈恒压源驱动模块的端口2，改变微处理器的输出，能够调节负反馈恒压源驱动模块实现对被测GaN器件的栅极
‑
源极电压V
GS
的调整，以此能够调整流过被测GaN器件的漏极
‑
源极电流I
DS
。4.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于：所述热电偶，用来测量GaN器件的温度。5.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于：所述电流传感器，用来测量GaN器件的漏极
‑
源极电流I
DS
。6.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电路，其特征在于：所述负反馈恒压源驱动模块由一个减法器级联一个积分电路构成，积分电路输出端V
out
引回减法器的同向输入端，以构成负反馈；负反馈恒压源驱动模块端口1的电压和端口2的电压反相。7.根据权利要求1所述一种用于GaN功率器件的功率循环主电...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯宏，周子牛，邾玢鑫，朱一荻，赵浩，
申请(专利权)人：三峡大学，
类型：发明
国别省市：