一种GaN功率循环测试系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及GaN器件测试技术，公开了一种GaN功率循环测试系统及方法，其大功率恒流电源模块用于提供GaN测试器件的大电流；小功率恒流源模块用于提供GaN测试器件结温测试的电流；GaN测试器件一端与高速差分采集模块连接，另一端与低速差分采集模块连接；高速差分采集模块用于对GaN测试器件的结温参数进行采集及处理，低速差分模块用于对试验电压的采集。本发明专利技术利用器件栅极导通电压的自我控制，器件的温度敏感参数测量电压值可以达到2V以上，K系数参数可以达到2mV以上，从而提高器件结温的测量精度，增大了温度分辨率，为达成功率循环试验目的提供有力保证。试验目的提供有力保证。试验目的提供有力保证。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN功率循环测试系统及方法


[0001]本专利技术涉及GaN器件测试技术，尤其涉及了一种GaN功率循环测试系统及方法。

技术介绍

[0002]GaN作为第三代宽禁带半导体的代表之一，随着制程工艺的改进和技术的发展，其不仅应用于军用雷达、激光器等重要领域，还应用于民用充电开关电源模块、新能源等新兴行业。 但GaN材料和制程还处于研发早期阶段，存在诸多的缺陷，可靠性水平和良率有待进一步提高。
[0003]目前市场上常用功率循环试验来验证和计算GaN器件的可靠性和寿命。通过给器件循环加载一定的电压、大电流，使得器件内部各层之间在高低温变化情况下，由于热应力和电子迁移等的作用，导致器件的热阻变大，从而指导厂商改变结构设计，提高产品可靠性。
[0004]在功率循环过程中，有个重要的结温Tj需要精确快速测量。原来都是通过测量ds间的导通压降变化来表征器件的结温差，随着GaN器件的深入研究和工艺升级，其导通电阻也变得越来越小，由200多毫欧升级到几毫欧水平，这时如果加载一定的结温测试电流IM已经无法精确测量其结温，更难分辨结温的变化率。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术中对于GaN器件功率测试时，无法精确测量其结温，难分辨结温的变化率的问题，提供了一种GaN功率循环测试系统及方法。
[0006]为了解决上述技术问题，本专利技术通过下述技术方案得以解决：一种GaN功率循环测试系统，包括至少一组GaN测试器件，其还包括主控制模块、大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块、小功率恒流源模块；主控制模块用于控制大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块和小功率恒流源模块；大功率恒流电源模块用于提供GaN测试器件的大电流；小功率恒流源模块用于提供GaN测试器件结温测试的电流；GaN测试器件一端与高速差分采集模块连接，另一端与低速差分采集模块连接；高速差分采集模块用于对GaN测试器件的结温参数进行采集及处理，低速差分模块用于对试验电压的采集。
[0007]作为优选，GaN测试器件相互之间串联，任一组GaN测试器件包括GaN测试器件和保护电阻R；GaN测试器件的漏极与保护电阻R连接，保护电阻R的另一端与GaN测试器件的栅极连接。
[0008]作为优选，还包括快速开关模块，快速开关模块通过主控制模块进行控制，用于控制大功率恒流电源模块的快速开启与切断。
[0009]作为优选，小功率恒流源模块包括功率驱动模块和差分电流采样模块，差分电流
采样模块功率驱动模块用于对主控制模块传送的电流进行驱动控制，并将电流传送至差分电流采样模块，差分电流采样模块的用于对接收的电流信号进行差分输出。
[0010]作为优选，快速开关模块包括隔离控制模块和延时模块，隔离控制模块用于对接收的信号进行隔离驱动输出，延时模块用于对隔离输出的信号进行延时控制。
[0011]为了解决上述技术问题，本专利技术还提供了一种GaN功率循环测试方法，其通过所述的测试系统实现的测试方法包括：测试的初始化，通过对测试系统进行初始化得到输出的恒流源电流IM、大功率电源IH，并开启快速开关模块；低速采样，通过低速差分采集模块采样获取大功率恒流电压Vds，当获取大功率恒流电压Vds后，并关断快速开关模块，从而获取试验功率Pw；其中，；高速采样，通过高速差分采集模块获得采样电压Vgs；并依据采样电压的恒流源电流IM，从而获取测量的最大结温Tjmax及最小结温Tjmin；从而获取结温变化ΔTj，其中ΔTj=Tjmax
‑
Tjmin；热阻的获取，通过计算的结温变化及实验功率获取GaN器件的热阻R,R=ΔTj/ Pw。
[0012]本专利技术由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本专利技术利用器件栅极导通电压的自我控制，器件的温度敏感参数测量电压值可以达到2V以上，K系数参数可以达到2mV以上，从而提高器件结温的测量精度，增大了温度分辨率，为达成功率循环试验目的提供有力保证。
附图说明
[0013]图1是本专利技术的系统框图。
[0014]图2是本专利技术的实施例2系统框图。
[0015]图3是本专利技术的小功率恒流源模块电路图。
[0016]图4是本专利技术的快速开关模块隔离输出电路图。
[0017]图5是本专利技术的快速开关模块隔离输出IN1转换电路图。
[0018]图6是本专利技术的快速开关模块隔离输出IN2转换电路图。
[0019]图7是本专利技术的快速开关模块连接电路图。
[0020]图8是本专利技术的n组快速开关模块连接电路图。
实施方式
[0021]下面结合附图与实施例对本专利技术作进一步详细描述。
实施例
[0022]一种GaN功率循环测试系统，在图1中，其包括n组GaN测试器件，其还包括主控制模块、大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块、小功率恒流源模块；主控制模块用于控制大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块和小功率恒流源模块；大功率恒流电源模块用于提供GaN测试器件的大电流；小功率恒流源模块用于提
供GaN测试器件结温测试的电流；GaN测试器件一端与高速差分采集模块连接，另一端与低速差分采集模块连接；高速差分采集模块用于对GaN测试器件的结温参数进行采集及处理，低速差分模块用于对试验电压的采集。
[0023]还包括快速开关模块，快速开关模块通过主控制模块进行控制，用于控制大功率恒流电源模块的快速开启与切断。
实施例
[0024]在实施例1基础上，本实施例中GaN测试器件为三组，GaN测试器件相互之间串联，第一组 GaN测试器件包括GaN测试器件和保护电阻R1；第二组 GaN测试器件包括GaN测试器件和保护电阻R2；第三组 GaN测试器件包括GaN测试器件和保护电阻R3；且该三组GaN测试器件相互串联；GaN测试器件的漏极与保护电阻R连接，保护电阻R的另一端与GaN测试器件的栅极连接。
实施例
[0025]在上述实施例基础上，本实施小功率恒流源模块包括功率驱动模块和差分电流采样模块，功率驱动模块用于对主控制模块传送的电流进行驱动控制，并将电流传送至差分电流采样模块，差分电流采样模块的用于对接收的电流信号进行差分输出。在图3中，功率驱动模块通过芯片U5进行实现，芯片U5的2号端口接30V正电压，芯片U5的2号端口接12V负电压，IM_Control端口为经过主控制模块DAC控制输出的电流，其经过R16及电容C14进行滤波，滤波后的信号与芯片U5的1号端口连接；其芯片U5的6号端口输出与电阻R17连接及芯片U6的3号正输入端口连接；R17用于对输出的电流进行降压处理，并输入至芯片U6的2号负输入端口；对于芯片U5的输出端还连接有稳压保护电路，通过VZ1进行稳压保护，当输入电压过高时，则VZ1不导通，从而有效地进行高压保护。
[0026]差分电流采样模块采样的芯片为U6，芯片U6的输出端6号端口输出IM恒流源电流，芯片U6的输出端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaN功率循环测试系统，包括至少一组GaN测试器件，其特征在于，还包括主控制模块、大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块、小功率恒流源模块；主控制模块用于控制大功率恒流电源模块、高速差分采集模块、低速差分采集模块和小功率恒流源模块；大功率恒流电源模块用于提供GaN测试器件的大电流；小功率恒流源模块用于提供GaN测试器件结温测试的电流；GaN测试器件一端与高速差分采集模块连接，另一端与低速差分采集模块连接；高速差分采集模块用于对GaN测试器件的结温参数进行采集及处理，低速差分模块用于对试验电压的采集。2.根据权利要求1所述的一种GaN功率循环测试系统，其特征在于，GaN测试器件相互之间串联，任一组GaN测试器件包括GaN测试器件和保护电阻R；GaN测试器件的漏极与保护电阻R连接，保护电阻R的另一端与GaN测试器件的栅极连接。3.根据权利要求1所述的一种GaN功率循环测试系统，其特征在于，还包括快速开关模块，快速开关模块通过主控制模块进行控制，用于控制大功率恒流电源模块的快速开启与切断。4.根据权利要求1所述的一种GaN功率循环测试系统，其特征在于，小功率恒流源模块包括功率驱动模块和差分电流采样模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：柴俊标，叶向宏，卜建明，余亮，廖剑，贺庭玉，
申请(专利权)人：杭州中安电子有限公司，
类型：发明
国别省市：