一种功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征方法及装置，其中装置包括：动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态导通电阻测量；数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；所述动态特性测量电路模块包括：控制信号输出电路、电压应力施加电路、钳位电路和低压测试电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加漏极电压应力；所述钳位电路用于为所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获得待测器件的动态导通电阻；所述低压测试电路用于在低压下测量待测器件的导通电阻。提升待测器件动态导通电阻测量结果。动态导通电阻测量结果。动态导通电阻测量结果。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征方法及装置


[0001]本专利技术涉及场效应晶体管
，具体涉及一种功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征方法及装置。

技术介绍

[0002]功率半导体电子器件是电力电子技术的核心元件，主要功能是通过切换开启以及关断状态实现电力设备的电能转换与电路控制，被广泛应用于能源系统、计算机系统、航空航天等领域，是与人们生活息息相关的一部分。当前功率半导体电子器件主要以Si基器件为主，但是受限于Si基器件的开关速度和功耗，Si基器件无法再进一步满足功率密度增长、电源转换效率提高的需求，而功率半导体器件(GaN器件和SiC器件)相对于Si基器件耐压水平高、导通电阻更小、开关切换速度更快，可以进一步提升电源系统的功率密度和效率，已替代部分Si基器件，广泛应用于高压、中大功率、高开关频率的应用场合。
[0003]不过GaN、SiC场效应晶体管的动态特性存在稳定性较差的问题，具体表现为两方面：第一方面，GaN场效应晶体管在承受一段时间的关态漏极电压应力后，晶体管的导通电阻会变大，导致器件在实际应用中产生的功耗变高，器件不稳定的特性会导致系统运行的不稳定性，严重时会使系统无法正常工作。所以为了定量评估功率半导体器件在实际应用中的功耗、性能表现，有必要对器件开展动态导通电阻的表征测量。
[0004]然而传统的导通电阻测量方法属于静态测量，即通过功率器件分析仪测量器件的静态特性曲线来获取器件的导通电阻，由于从器件承受外部应力之后到测量器件的动态导通电阻的过程在时间上存在滞后，而功率器件通常处于高速开关切换的动态工作条件下，常规的静态的测量方法不能及时、准确地反映器件的实际性能表现，因此需要使用动态的测量方法更加准确、合适。目前也有一些对于动态测量方法的研究，但现有的动态导通电阻测试电路应力施加功能不够全面，且在测量较大的动态导通电阻恢复时间常数时，器件严重的发热问题会影响测量结果。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征方法及装置，以解决现有技术中存在的上述问题。
[0006]本专利技术提供功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，该装置包括：动态特性测量电路模块和数据采集模块；
[0007]所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态导通电阻测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；
[0008]所述动态特性测量电路模块包括：控制信号输出电路、电压应力施加电路、钳位电路和低压测试电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加漏极电压应力；所述钳位
电路用于为所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获得待测器件的动态导通电阻；所述低压测试电路用于在低压下测量待测器件的导通电阻。
[0009]优选的，所述控制信号输出电路包括：现场可编程门阵列电路。
[0010]优选的，所述电压应力施加电路包括：高压电源Vin、单刀双掷开关SW1和晶体管Q1、晶体管S1、晶体管S2、电感L1、分压电阻R1、分压电阻R2、保护电阻R3、电流检测电阻Rs和电容C1、电容C2、电容C3；其中：
[0011]所述单刀双掷开关SW1的第二端口连接所述高压电源的正极输出端，所述单刀双掷开关SW1的第三端口连接所述分压电阻R1和R2的中间节点，所述单刀双掷开关SW1的第一端口连接所述电感L1的一端；
[0012]所述电感L1的左端连接所述单刀双掷开关SW1的第一端口，右端连接所述晶体管S1的漏极；
[0013]所述分压电阻R1的上端连接所述高压电源的正极输出端，下端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口；
[0014]所述分压电阻R2的上端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口，下端连接所述高压电源的负极输出端；
[0015]所述保护电阻R3的上端连接所述待测器件的漏极，下端连接所述晶体管S2的漏极；
[0016]所述电流检测电阻Rs的左端连接所述高压电源的负极输出端，右端连接所述待测器件的源极；
[0017]所述电容C1的上端连接所述高压电源VBUS的正极，下端连接所述高压电源VBUS的负极；
[0018]所述电容C2的上端连接所述高压电源的正极输出端，下端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口；
[0019]所述电容C3的上端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口，下端连接所述高压电源的负极输出端；
[0020]所述晶体管Q1的漏极连接高压电源正极，源极连接电感右端；
[0021]所述晶体管S1的漏极连接电感的右端，源极连接待测器件的漏极；
[0022]所述晶体管S2的漏极连接R3的下端，源极连接高压电源的负极。
[0023]优选的，所述低压测试电路通过在待测器件的漏极与源极之间施加降低的电压应力，在低压下测量器件导通电阻。
[0024]优选的，所述低压测试电路包括：继电器H1、电流检测电阻R4以及低压电源V2；其中：
[0025]所述电流检测电阻R4的左端连接待测器件的漏极，所述电流检测电阻R4的右端连接继电器H1的第三端口；
[0026]所述继电器H1的第四端口连接低压电源V2的正极，所述继电器H1的第一端口和第二端口连接所述控制信号输出电路的输出引脚5；
[0027]所述低压电源V2的负极连接所述待测器件的源极。
[0028]优选的，所述控制信号输出电路设有5个用于连接所述电压应力施加电路进行信号传输的输出引脚，所述控制信号输出电路中：
[0029]输出引脚1连接所述晶体管Q1的栅极，控制所述晶体管Q1的开通与关断；
[0030]输出引脚2连接所述晶体管S1的栅极，控制所述晶体管S1的开通与关断；
[0031]输出引脚3连接所述晶体管待测器件的栅极，控制待测器件的开通与关断；
[0032]输出引脚4连接所述晶体管S2的栅极，控制所述晶体管S2的开通与关断；
[0033]输出引脚5连接继电器H1的第一端口和第二端口，控制继电器H1的第三端口和第四端口间开通与关断。
[0034]优选的，所述钳位电路通过将待测器件的漏极与源极之间的导通电压降除以流经所述电流检测电阻Rs的电流，得到待测器件的动态导通电阻。
[0035]优选的，所述钳位电路包括：二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4，电阻R5以及辅助电源V1；其中：
[0036]所述二极管D1的阳极连接所述二极管D2的阴极，所述二极管D1的阴极连接待测器件的漏极；
[0037]所述二极管D2的阳极连接所述电阻R5的左端，所述二极管D2的阴极连接所述二极管D3的阳极；
[0038]所述二极管D3的阳极连接所述二极管D4的阴极，所述二极管D3的阴极连接所述电阻R5的右端；
[0039]所述二极管D4的阳极连接待测器件的源极；
[0040]所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，其特征在于，包括：动态特性测量电路模块和数据采集模块；所述动态特性测量电路模块用于向待测器件施加电压应力，进行动态导通电阻测量；所述数据采集模块用于采集待测器件的电学参数；所述动态特性测量电路模块包括：控制信号输出电路、电压应力施加电路、钳位电路和低压测试电路；其中，所述控制信号输出电路用于生成驱动信号控制所述电压应力施加电路的工作状态；所述电压应力施加电路用于对待测器件施加漏极电压应力；所述钳位电路用于为所述数据采集模块采样待测器件的漏极与源极之间的导通电压降，获得待测器件的动态导通电阻；所述低压测试电路用于在低压下测量待测器件的导通电阻。2.根据权利要求1所述的功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，其特征在于，所述控制信号输出电路包括：现场可编程门阵列电路。3.根据权利要求1所述的功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，其特征在于，所述电压应力施加电路包括：高压电源Vin、单刀双掷开关SW1和晶体管Q1、晶体管S1、晶体管S2、电感L1、分压电阻R1、分压电阻R2、保护电阻R3、电流检测电阻Rs和电容C1、电容C2、电容C3；其中：所述单刀双掷开关SW1的第二端口连接所述高压电源的正极输出端，所述单刀双掷开关SW1的第三端口连接所述分压电阻R1和R2的中间节点，所述单刀双掷开关SW1的第一端口连接所述电感L1的一端；所述电感L1的左端连接所述单刀双掷开关SW1的第一端口，右端连接所述晶体管S1的漏极；所述分压电阻R1的上端连接所述高压电源的正极输出端，下端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口；所述分压电阻R2的上端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口，下端连接所述高压电源的负极输出端；所述保护电阻R3的上端连接所述待测器件的漏极，下端连接所述晶体管S2的漏极；所述电流检测电阻Rs的左端连接所述高压电源的负极输出端，右端连接所述待测器件的源极；所述电容C1的上端连接所述高压电源VBUS的正极，下端连接所述高压电源VBUS的负极；所述电容C2的上端连接所述高压电源的正极输出端，下端连接所述单刀双掷开关SW1的第三端口；所述电容C3的上端连接所述单刀双掷开关SW1的“3”端口，下端连接所述高压电源的负极输出端；所述晶体管Q1的漏极连接高压电源正极，源极连接电感右端；所述晶体管S1的漏极连接电感的右端，源极连接待测器件的漏极；所述晶体管S2的漏极连接R3的下端，源极连接高压电源的负极。4.根据权利要求1所述的功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，其特征在于，所述低压测试电路通过在待测器件的漏极与源极之间施加降低的电压应力，在低压下测量器件导通电阻。
5.根据权利要求3所述的功率半导体场效应晶体管动态导通电阻的表征装置，其特征在于，所述低压测试电路包括：继电器H1、电流检测电阻R4以及低压电源V2；其中：所述电流检测电阻R4的左端连接待测器件的漏极，所述电流检测电阻R4的右端连接继电器H1的第三端口；所述继电器H1的第四端口连接低压电源V2的正极，所述继电器H1的第一端口和第二端口连接所述控制信号输出电路的输出引脚5...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘扬，汪颖，赵智星，詹海峰，王自鑫，
申请(专利权)人：湖南炬神电子有限公司，
类型：发明
国别省市：