一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路制造技术

本发明专利技术提供一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于包括供电电源、一系列并联的电容值为0.5pf

【技术实现步骤摘要】
一种GaN HEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路


[0001]本专利技术涉及于电力电子
，尤其涉及一种GaN HEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路。

技术介绍

[0002]氮化镓高电子迁移率晶体管(GaN HEMT)是第三代半导体器件中继SiC晶体管之后的新型宽禁带半导体器件，其具有的直接带隙的纤锌矿晶体结构使它拥有着3.39eV的禁带宽度与远高于硅锗以及砷化镓材料的电子迁移率。因此，GaN HEMT器件能够制备出具有高耐压、大电流、高耐温、高频、强抗干扰等优越性能的晶体管。GaN HEMT器件目前是一个新的领域，具有远大的应用前景、市场机遇与巨大的发展潜力。
[0003]基于与AlGaN形成的异质结的GaN HEMT，在其自身的自发极化以及晶格常数所形成的势阱中存在着体密度高达1019量级的高浓度二维电子气(2DEG)，使得其导通阻抗非常低。且GaN HEMT器件层间材料禁带宽，介电常数高，从而可以将结电容控制到非常低的水平，例如GaN Systems公司的GS66502B型号GaN HEMT输入电容(Ciss)、输出电容(Coss)、米勒电容(Crss)在栅源电压Vgs＝0V、漏源电压Vds＝400V、频率为100kHZ时通常为60pf、17pf、0.5pf，远远低于硅基MOSFET的上千pf量级。
[0004]GaN HEMT凭借其极高的电子迁移率和开关速度能够应用于各种高频场合，但也正因如此，在其实际应用中损耗分析就尤为重要。在基于双脉冲测试电路的GaN HEMT的硬开关过程中，Cds在导通时释放关断过程中所充电荷时产生的电容放电损耗，称为电容放电损耗Eoss。V
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I损耗、Eqoss损耗、ESD损耗分别可由漏源电流Id、充电电流Iqoss、反向导通电流与各时期的漏源电压Vds求得，但由于无法测得导致Eoss的电容放电电流Ioss，其损耗无法直接由电压与电流求得。且由数据手册所得Coss直接计算所得的Eoss损耗在容值随着Vds变化的实际分析当中误差较大，故在目前的实际研究中寄生电容放电损耗问题并没有适当的解决方法。

技术实现思路

[0005]根据以上技术问题，本专利技术提供一种可在GaN HEMT的寄生电容随着电压而变化时，通过电压检测单元测得寄生电容两端电压并根据C
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V曲线获得此电压等级下Cds的电容值，并由MCU单元控制与其相等的电容并入电路并由电流测量电路获得其放电电流Ioss的一种GaN HEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路。
[0006]本专利技术提供一种GaN HEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于包括供电电源、一系列并联的电容值为0.5pf
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100pf的电容组、由一组串联电阻构成的分压电路和运算放大器LM324PW组成的电压检测单元、电流检测电路、以及控制电容并联进电路和从电路断开的单片机控制单元组成；所述供电电源用于对运算放大器以及单片机控制单元供电；所述电容组用于适配GaN HEMT的寄生电容值；所述由一组串联电阻构成的分压电路和运算放大器LM324PW组成的电压检测单元用于测量GaN HEMT的目标寄生电容两端的电压
值；所述电流测量电路用于检测并联电容支路的电流大小以获得寄生电容上电容放电电流的大小；所述单片机单元用于控制对应的电容组并联入电路和从电路断开以及用于采样电压值与电流值并将数据通过串口通讯上传至上位机进行读取。
[0007]所述运算放大器为四运放集成电路，芯片型号为LM324PW，它采用SOP
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14封装，一共有14个引脚，分别为：引脚1、7、8、14分别为四组运算放大器的输出引脚，引脚2、3、5、6、9、10、12、13分别为四组运算放大器的正向和反向输入端，引脚4为VCC+引脚，连接到5V供电电源，引脚11为VCC
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引脚接地。它的内部包含的四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用之外相互独立。一个单独的运算放大器，其拥有五个信号引出脚，其中“+”，
“‑”
为两个信号输入端，“V+”、“V
‑”
为正、负电源端，“Vo”为输出端。两个信号输入端中,Vi(
‑
)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi(+)为同向输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。
[0008]所述R1、R2、R3等为相同型号的一系列高精度电阻。在此电路中，R1＝40kΩ，R2＝40kΩ，R3＝0.8kΩ。
[0009]所述C1、C2、C3
……
等为相同型号的电容值为0.5pf
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100pf的一系列电容组。
[0010]所使用的电流检测电路为基于霍尔效应的电流传感器，芯片型号为ACS712，一共有8个引脚，引脚1、2为待测电流输入引脚IP+，引脚3、4为电流流出引脚IP
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，引脚5、8分别为接地引脚和模块供电电压，引脚6是过滤器引脚，连接终端的外部电容器，用于设置带宽，引脚7VIOUT是模块输出电压值，ACS712将待测的模拟电流转化为模拟电压输出，因此可将VIOUT接入到AD，通过AD测量出VIOUT，由于VIOUT与待测电流呈线性关系，因此可反向推出待测电流。
[0011]所述单片机控制单元为单片机STM32，型号为STM32F103C8T6,其最小系统板共有40个引脚，引脚9、11、17、19为AD1、AD2、AD3、AD4引脚，分别用于检测R2两端的电压值，以及一系列并联的电容组中由单片机单元控制并入回路的该电容支路中电流检测单元输出的模拟电压值，引脚1、2为VCC与GND引脚分别连接供电电源与接地，引脚28、30分别为TXD、RXD引脚，用于与上位机的数据传输。
[0012]进一步地，基于GaN HEMT器件的寄生电容放电损耗检测方法的具体步骤为：
[0013]A、将电检测电路接在漏源电容Cds(端口A、B分别接在测量端口1和2上)两端，驱动单元Vgate发送的双脉冲信号到下管Q2的栅极，使双脉冲电路运行、下管Q2前后两次开通；
[0014]B、电压监测单元在下管Q2开通时检测分压电路中分压电阻的电压值，据此获得GaN HEMT的漏源电压Vds，并将其转化为模拟信号供MCU的AD1引脚采集；
[0015]C、由MCU单元根据数据手册中C
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V(电容随电压变化)曲线获得与该Vds对应的容值,并将对应容值的电容切入并联电路，通过电流测量单元测量该回路的电流以获得电容放电电流Ioss，并将其转化为模拟信号供MCU的AD2等引脚采集；
[0016]D、单片机控制单元将所测得的电流和电压值通过串口通讯发送到上位机，并根据所得的漏源电压Vds与放电电流Ioss计算得到GaN HEMT器件导通过程中的漏源电容Cds电容放电损耗Eoss；
[0017]E、将电容检测电路分别接在栅源电容Cgs、栅漏电容Cgd(端口A、B分别接在测量端口本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于包括供电电源、一系列并联的电容组、由一组串联电阻构成的分压电路和运算放大器组成的电压检测单元、电流检测电路、以及控制电容并联进电路和从电路断开的单片机控制单元；所述供电电源用于对运算放大器以及单片机控制单元供电；所述电容组用于适配GaN HEMT的寄生电容值；所述由一组串联电阻构成的分压电路和运算放大器LM324PW组成的电压检测单元用于测量GaNHEMT的目标寄生电容两端的电压值；所述电流测量电路用于检测并联电容支路的电流大小以获得寄生电容上电容放电电流的大小；所述单片机控制单元用于控制对应的电容组并联入电路和从电路断开以及用于采样电压值与电流值并将数据通过串口通讯上传至上位机进行读取。2.根据权利要求1所述的一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于所述运算放大器为四运放集成电路，所述运算放大器的芯片型号为LM324PW，所述运算放大器采用SOP封装，所述运算放大器一共有14个引脚，四组所述运算放大器的输出引脚分别为：引脚1、引脚7、引脚8、引脚14，四组所述运算放大器的正向和反向输入端分别为引脚2、引脚3、引脚5、引脚6、引脚9、引脚10、引脚12、引脚13，所述引脚4为VCC+引脚，所述引脚4连接到5V供电电源，所述引脚11为VCC
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引脚接地，所述运算放大器个数为四个，四个所述运算放大器形式完全相同，除电源共用之外相互独立，一个单独的所述运算放大器，其拥有五个信号引出脚，其中“+”，
“‑”
为两个信号输入端，“V+”、“V
‑”
为正、负电源端，“Vo”为输出端，两个信号输入端中,Vi(
‑
)为反相输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相反；Vi(+)为同向输入端，表示运放输出端Vo的信号与该输入端的相位相同。3.根据权利要求1所述的一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于所述四运放集成电路的运算放大器内部电压跟随器的电路中R1为消反射电阻，该运放的5、6脚电压相同且输入阻抗无穷大，输入信号的电流主要通过R4流入地，输入点电压在INPUT处形成，理论上，R1并无电流流过，若无消反射电阻R1存在，该信号则会完全反射到INPUT上，如果此时信号源内阻过大，即带载能力低下，反射的信号就会在R4输入点附近形成很强的发射震荡，这样的噪声经过放大就会使输出信号质量非常差。4.根据权利要求1所述的一种GaNHEMT器件的寄生电容放电损耗的检测电路，其特征在于所述一组串联电阻的型号相同。5.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：高圣伟，傅孝愚，王昭，田金锐，牛萍娟，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：