一种功率半导体器件健康监测电路及方法技术

本发明专利技术提供了一种功率半导体器件健康监测电路及方法，属于功率半导体器件测量技术领域，功率半导体器件健康监测电路包括：驱动电路用于接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第二开关管，用于接收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块对待测器件进行电压采样。解决了测量电路带宽要求高、测量准确度低以及工程实际运用难的问题，实现准确测量阈值电压。实现准确测量阈值电压。实现准确测量阈值电压。

【技术实现步骤摘要】
一种功率半导体器件健康监测电路及方法


[0001]本专利技术属于功率半导体器件测量
，涉及一种功率半导体器件健康监测电路及方法。

技术介绍

[0002]以功率半导体为核心的电力电子技术，在电动汽车、可再生能源发电、特高压直流输电等各方面发挥着重要作用。随着电力电子装置的功率等级、响应速度以及功率密度等方面的要求提高，功率半导体器件的可靠性问题严重威胁着电力电子装置的安全可靠运行，有必要对功率半导体器件的状态信息进行监测。
[0003]在功率半导体器件工作过程中，器件结温对其可靠运行至关重要，而阈值电压可用于判断热敏电参数，它对器件结温以及是否具有较好的辨识度和更高的线性，具有重要参考性；同样的，阀值电压也是栅极氧化物退化的一个潜在指标，因此它是评价器件可靠性的重要参数。
[0004]现有技术中测量阈值电压的方法包括离线测量与在线测量。离线测量大多数是在实验室条件下，单独测量器件的静态阈值电压，以此评判器件的可靠性，然而这种方式很难运用在实际的功率电路中。在线实时测量方法，是对功率半导体器件开关上升沿电压进行测量，需要采用高速电路采样瞬时阈值电压，器件开关速度越快，对测量电路的带宽要求高；且实际运用过程中，存在很多干扰情况，都会影响阈值电压的测量准确度，在线测量难以实现对阈值电压准确测量。

技术实现思路

[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种功率半导体器件健康监测电路，通过在功率半导体器件驱动电路上添加阈值电压测量电路，在器件正常工作时，不影响常规驱动正常使用，在器件停止工作时，可准确测量阈值电压，实现准在线测量，解决了现有技术中存在的测量电路带宽要求高、测量准确度低以及工程实际运用难等问题。
[0006]本专利技术所采用的技术方案是：
[0007]本专利技术实施例的第一方面提供一种功率半导体器件健康监测电路，包括：驱动电路，与控制芯片连接，用于接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管，第一开关管的控制端与控制芯片连接，用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第一开关管的第一端与电流源连接；第一开关管的第二端接地；第二开关管，第二开关管的控制端与控制芯片连接，用于接收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；第二开关管的第一端与电流源连接；第二开关管的第二端与驱动电路连接；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块，与控制芯片和待测器件连接，当第一脉冲信号和第二脉冲信号，分别控制第一开关管关断和第二开关管导通时，脉冲驱动信号控制驱动电路停止工作，并对待测器件进行电压采样。
[0008]在其中一个实施例中，驱动电路包括：第一晶体管、第二晶体管、隔离电容、高频磁环、第一二极管、第三电阻；第一晶体管的控制端和第二晶体管的控制端作为驱动电路输入端，与控制芯片连接，输入脉冲驱动信号；第一晶体管的第一端，与内置电源连接；隔离电容的第一端，与第一晶体管的第二端和第二晶体管的第一端连接；高频磁环原边的第一端，与隔离电容的第二端连接；高频磁环原边的第二端，与第一晶体管的第二端连接；第三电阻的第一端，与高频磁环副边的第一端连接；第一二极管的输出端，与第三电阻的第二端和待测器件的栅极连接；第三电阻的第二端作为驱动电路的输出端，输出驱动信号至待测器件。
[0009]在其中一个实施例中，驱动电路还包括第二二极管，第二二极管的输出端，与第一二极管的输入端连接；第二二极管的输入端，与高频磁环副边的第二端和待测器件的源极连接。
[0010]在其中一个实施例中，健康监测电路还包括：第一电阻，第一电阻的第一端与第一开关管的第一端和电流源连接；第一电阻的第二端与待测器件连接；和/或，第二电阻，第二电阻的第一端与驱动电路和第二开关管的第二端连接；第二电阻的第二端与待测器件连接。
[0011]在其中一个实施例中，健康监测电路还包括单项导通二极管，单项导通二极管的输入端与第一开关管的第一端和第二开关管的第一端连接；单项导通二极的输出端与第一电阻的第一端连接。
[0012]本专利技术实施例的第二方面提供了一种功率半导体器件故障监测方法，包括：S1检测与待测器件栅极连接的驱动电路是否正常工作；当驱动电路正常工作时，脉冲驱动信号控制驱动电路，驱动信号控制待测器件工作；其中，脉冲驱动信号由控制芯片输出，驱动信号由驱动电路输出；此时阈值电压测量电路中的第一开关管导通，第二开关管关断，测量电路中的电流源通过第一开关管流向地；当驱动电路停止工作时，进入步骤2；S2第一开关管关断，第二开关管导通，电流源使待测器件导通，当待测器件漏极电流增大到预设值时，待测器件栅极电压被钳位后进入步骤3；S3通过电压采样电路测量被钳位的栅极电压。
[0013]在其中一个实施例中，在S1中，控制芯片输出脉冲驱动信号控制驱动电路，第一晶体管的控制端和第二晶体管的控制端作为驱动电路输入端，输入脉冲驱动信号；第一晶体管和第二晶体管互补导通控制其驱动电路导通，以输出驱动信号。
[0014]在其中一个实施例中，S2包括：在t0
‑
t1阶段，当待测器件处于截止区，电流源输入电流通过第一回路向待测器件充电，此时待测器件栅极电压不断增加；在t1之后，当待测器件栅极电压达到阈值电压，由于第二电阻阻值小于第一电阻阻值，待测器件漏极电流开始增加，电流从第一回路开始转移到第二回路；当待测器件漏极电流增大到电流预设值时，待测器件漏极电流不再增加，第一回路的待测器件栅极电压被钳位。
[0015]在其中一个实施例中，S3包括，当第二开关管导通，待测器件处于导通状态，待测器件栅极电压被钳位保持不变时，测量待测器件栅源电压值。
[0016]在其中一个实施例中，S3测量栅源电压的大小时，根据公式V
th
＝V
gs
计算得到述待测器件栅源电压值；其中，V
th
为测量待测器件栅源电压值，V
gs
为待测器件的阈值电压。
[0017]本专利技术的有益效果是：功率半导体器件健康监测电路通过驱动电路接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第二开关管，用于接
收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块对待测器件进行电压采样；在不影响常规驱动工作的情况下，综合离线测量与在线测量优点，实现准在线测量，能够在实际的功率电路中准确测量功率半导体器件的阈值电压，实时反应器件的阈值电压变化情况。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种功率半导体器件健康监测电路，其特征在于，包括：驱动电路，与控制芯片连接，用于接收所述控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管，所述第一开关管的控制端与所述控制芯片连接，用于接收所述控制芯片的第一脉冲信号，并根据所述第一脉冲信号控制所述第一开关管的导通或关断；所述第一开关管的第一端与电流源连接；所述第一开关管的第二端接地；第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述控制芯片连接，用于接收所述控制芯片的第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲控制所述第二开关管的导通或关断；所述第二开关管的第一端与所述电流源连接；所述第二开关管的第二端与所述驱动电路连接；其中，所述电流源为所述第一开关管和所述第二开关管提供激励电流；电压采样模块，与所述控制芯片和待测器件连接，当所述第一脉冲信号和第二脉冲信号，分别控制所述第一开关管关断和第二开关管导通时，所述脉冲驱动信号控制所述驱动电路停止工作，并对所述待测器件进行电压采样。2.如权利要求1所述的健康监测电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第一晶体管、第二晶体管、隔离电容、高频磁环、第一二极管、第三电阻；所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的控制端作为所述驱动电路输入端，与所述控制芯片连接，输入所述脉冲驱动信号；所述第一晶体管的第一端，与内置电源连接；所述隔离电容的第一端，与所述第一晶体管的第二端和所述第二晶体管的第一端连接；所述高频磁环原边的第一端，与所述隔离电容的第二端连接；所述高频磁环原边的第二端，与所述第一晶体管的第二端连接；所述第三电阻的第一端，与所述高频磁环副边的第一端连接；所述第一二极管的输出端，与所述第三电阻的第二端和所述待测器件的栅极连接；所述第三电阻的第二端作为所述驱动电路的输出端，输出驱动信号至所述待测器件。3.如权利要求2所述的健康监测电路，其特征在于，所述驱动电路还包括第二二极管；所述第二二极管的输出端，与所述第一二极管的输入端连接；所述第二二极管的输入端，与所述高频磁环副边的第二端和待测器件的源极连接。4.如权利要求1所述的健康监测电路，其特征在于，所述健康监测电路还包括：第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的第一端和所述电流源连接；所述第一电阻的第二端与待测器件连接；和/或，第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述驱动电路和所述第二开关管的第二端连接；所述第二电阻的第二端与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭英舟，王鑫，帅智康，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：