一种电压钳位电路及其应用制造技术

本发明专利技术公开一种电压钳位电路及其在半导体功率器件导通压降测量中的应用，该电路包含高压二极管D，齐纳二极管Z，以及LM334恒流源电路。其中LM334恒流源电路包含LM334芯片和其工作所需外围电路用以产生满足齐纳二极管Z稳压所需的齐纳电流。钳位电路中DUT+端连接待测半导体功率器件漏极或集电极，DUT

【技术实现步骤摘要】
一种电压钳位电路及其应用


[0001]本专利技术涉及半导体器件测试
，具体涉及一种电压钳位电路及其在半导体功率器件导通压降测量中的应用。

技术介绍

[0002]随着半导体材料以及电力电子技术的飞速发展，半导体功率器件在新能源发电、数据中心、交通运输等多个领域得到了广泛运用。对于半导体功率器件而言，器件的导通压降是其重要特征参数，导通压降直接反映了半导体功率器件内部键合线的健康状况；此外，对于第三代半导体GaN HEMT功率器件而言，其动态导通电阻特性对GaN HEMT功率器件造成了严重的性能退化，通过同时获取GaN HEMT功率器件的导通压降和导通电流即可完成对GaN HEMT功率器件导通电阻的计算。因此，准确获取器件的导通压降对于指导电力电子设备系统设计、评估半导体功率器件运行状态意义重大。
[0003]半导体功率器件通常在较高的电压条件下运行。当半导体功率器件关断时，半导体功率器件两端关断电压较高，可高达数百至上千伏；当器件导通时，器件的导通压降较小，往往仅有几伏。因此，直接使用示波器进行测量时，示波器面临着极为宽泛的电压输入范围。通常为了避免示波器饱和，示波器所设置的量程均大于器件关断时两端承受的最高电压，然而受限于示波器的性能限制，在较大的量程范围时，示波器往往无法准确获取器件的导通压降。此外，由于GaN HEMT等第三代半导体功率器件的发展，半导体功率器件的开关速度显著提升，这对半导体功率器件导通压降测量提出了更高的响应速度要求。因此，如何实现半导体功率器件的导通压降的快速、准确测量成为了一个亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种适用于半导体功率器件导通压降测量的电压钳位电路，以降低示波器所需要的电压输入范围，大幅提升半导体器件导通压降的测量精度，实现对半导体功率器件的导通压降的快速、准确测量。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种电压钳位电路，包含高压二极管D、齐纳二极管Z以及LM334恒流源电路；所述电压钳位电路中高压二极管D正极、齐纳二极管Z负极、钳位电路V
m+
引脚、LM334恒流源电路电流输出端口相互连接，高压二极管D负极与所述钳位电路的DUT+端连接，齐纳二极管Z正极、钳位电路V
m
‑
引脚与所述钳位电路的DUT
‑
端连接；所述钳位电路的DUT+端连接待测器件的漏极或集电极，DUT
‑
端连接待测器件的源极或射极；钳位电路V
m+
与V
m
‑
端用于输出钳位电压；待测半导体功率器件处于关断时，高压二极管D承受待测半导体功率器件关断电压，LM334恒流源电路产生的电流流过齐纳二极管Z，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
Z
；待测半导体功率器件处于导通时，LM334恒流源电路产生的电流流过高压二极管D，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
ds + V
D
，将钳位电路输出电压减去V
D
就可以得到半导体功率器件导通压降。
[0006]进一步，所述LM334恒流源电路包含LM334芯片和其工作所需外围电路用以产生满足齐纳二极管Z稳压所需的齐纳电流。
[0007]进一步，所述LM334恒流源电路工作所需外围电路包含直流电源V
IN
和R1，R1两端分别与LM334芯片的R引脚、V
‑
引脚连接，直流电源V
IN
正极与LM334芯片V
+
引脚连接。根据待测半导体功率器件参数选择高压二极管D、齐纳二极管Z和LM334工作所需外围电路R1，其中高压二极管D的直流阻断电压应略大于待测半导体功率器件关断时承受电压，齐纳二极管Z的齐纳电压应略大于待测半导体功率器件的导通压降，R1的阻值选取应确保LM334恒流源电路产生电流满足齐纳二极管Z稳压所需的齐纳电流。
[0008]或者，所述LM334恒流源电路工作所需外围电路包含直流电源V
IN
和R1、R2、D2，R1两端分别与LM334芯片的R引脚、D2的负极连接，D2的正极与LM334芯片的V
‑
引脚连接，且D2的正极通过R2与LM334芯片的R引脚连接，直流电源V
IN
正极与LM334芯片V
+
引脚连接。根据待测半导体功率器件参数选择高压二极管D、齐纳二极管Z和LM334工作所需外围电路R1、R2、D2，其中高压二极管D的直流阻断电压应略大于待测半导体功率器件关断时承受电压，齐纳二极管Z的齐纳电压应略大于待测半导体功率器件的导通压降，D2通常选择1N457，R1与R2应满足R
1 / R
2 = 10，且R1与R2的选择应确保LM334恒流源电路产生电流满足齐纳二极管Z稳压所需的齐纳电流。
[0009]相比现有技术，本专利技术具有如下有益效果：1、本专利技术电路具有结构简单，灵活性好，动态响应性能好，测量精度高、成本低廉等优点；根据不同测试需求替换相应器件，可扩展性较强；并且，无需使用差分电压探头进行测量，有效提升了系统的响应速度，降低了使用成本。
[0010]2、本专利技术用于进行功率半导体器件的导通压降测量，采用LM334恒流源电路产生恒定电流，在待测半导体功率器件处于关断时，高压二极管D承受半导体功率器件关断电压，LM334恒流源电路产生的电流流过齐纳二极管Z，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
Z
；待测半导体功率器件处于导通时，LM334恒流源电路产生的电流流过高压二极管D，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
ds + V
D
，由于LM334恒流源电路产生电流基本恒定，因此可以认为高压二极管D导通压降V
D
基本不变，将钳位电路输出电压减去V
D
就可以得到待测半导体功率器件导通压降。因此，该专利技术可大幅降低示波器输入电压信号范围，进而大幅提升导通压降测量精度，且由于钳位电路输出值与待测半导体功率器件导通压降仅偏差固定值V
D
，因此便于后期进行半导体功率器件导通压降计算。
[0011]3、本专利技术为半导体功率器件导通压降测量提供一种快速、准确的测量方法，在半导体功率器件关断时将半导体功率器件两端电压钳位在较低的电压值，从而降低示波器的电压输入范围，大幅提升半导体器件导通压降的测量精度，在此基础上提升半导体器件导通压降测量的响应速度，从而实现对半导体功率器件的导通压降的快速、准确测量。本专利技术响应速度较高，可适用于高频开关测量条件。
附图说明
[0012]图1为本专利技术的电路原理本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电压钳位电路，其特征在于，包含高压二极管D、齐纳二极管Z以及LM334恒流源电路；所述电压钳位电路中高压二极管D正极、齐纳二极管Z负极、钳位电路V
m+
引脚、LM334恒流源电路电流输出端口相互连接，高压二极管D负极与所述钳位电路的DUT+端连接，齐纳二极管Z正极、钳位电路V
m
‑
引脚与所述钳位电路的DUT
‑
端连接；所述钳位电路的DUT+端连接待测器件的漏极或集电极，DUT
‑
端连接待测器件的源极或射极；钳位电路V
m+
与V
m
‑
端用于输出钳位电压；待测半导体功率器件处于关断时，高压二极管D承受待测半导体功率器件关断电压，LM334恒流源电路产生的电流流过齐纳二极管Z，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
Z
；待测半导体功率器件处于导通时，LM334恒流源电路产生的电流流过高压二极管D，此时钳位电路输出电压为V
m+
‑
V
m
‑ = V
ds + V
D
，将钳位电路输出电压减去V
D
就可以得到半导体功率器件导通压降。2.根据权利要求1所述电压钳位电路，其特征在于，所述LM334恒流源电路包含LM334芯片和其工作所需外围电路用以产生满足齐纳二极管Z稳压所需的齐纳电流。3.根据权利要求1所述的电压钳位电路，其特征在于，所述LM334恒流源电路工作所需外围电路包含直流电源V
IN
和...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏菊，黄旭，贺致远，李凯伟，李强，杜雄，罗全明，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：