【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体领域，具体涉及一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量系统及方法。
技术介绍
1、基于碳化硅(sic)的功率转换器相比于传统的硅器件，具有更加优越的性能，可以满足对高功率密度、高效率功率转换器的需求。虽然近年来sic的故障率已经降低，但其易损栅极氧化物的降解仍然是一个主要的可靠性问题，阻碍了sic在交通、工业和军事系统等安全关键应用中的广泛采用。通过对器件进行在线状态监测，可以防止sic基功率变换器的灾难性故障。目前的研究表明，退化的sic mosfet会在几个器件参数上留下一系列变化，例如体二极管的正向电压降、阈值电压、导通态漏源电阻、导通态栅极漏电流、结温、外壳温度、导通时间和关断时间等。在实际操作中测量上述特征参数并不容易，通常需要复杂的电路和高频、高分辨率模数转换器(adc)采样。
2、在这些参数中，导通态栅极漏电流已被证明是随着退化单调变化的最一致的参数之一。但是通过测量栅极电流来估计导通态栅极电流是一项困难的工作。由于栅极电容的存在，充放电瞬态显著地影响着栅极电流波形。寄生电感引入了二阶震荡，使估计更加复杂。任何仅基于栅极电流峰值检测的状态监测电路都容易产生假阳性报警。在正常的sic器件中，导通状态下的栅极泄漏电流约为几百na。退化的器件在保持正常工作状态时的导通态栅极漏电流约为10-25ma。相比之下，即使在健康状态下，测量到的栅极电流也在几安培的范围内。这种幅度的差异使得导通状态栅极泄漏电流的估计变得困难，并且需要大范围和高分辨率的数据捕获。此外，为了仅从栅极电流波形的稳态部分
技术实现思路
1、针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量系统及方法通过跟踪栅极电荷而不是栅极电流，从而将有噪声的高频波形转换为可以用低成本adc轻松测量的低频单极信号，解决了栅极漏电流频率高、动态范围宽难以直接测量的问题。且测量系统结构简单、成本低可以轻松的集成至驱动电路中，测量结果可用于sicmosfet的状态监测与剩余寿命预测。
2、为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、提供一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量系统，其包括外加电压源vext、二极管钳位电路、仪表放大器、整流器和积分器；二极管钳位电路的输入端分别连接栅极电阻rg的一端、栅极电阻rg的另一端和外接电源vext；二极管钳位电路的输出端与仪表放大器的输入端相连；仪表放大器的输出端与整流器的输入端相连；整流器的输出端与积分器的输入端相连；积分器的输出端电压vs即为测量电路的输出；
4、二极管钳位电路，用于防止仪表放大器输入差分电压的共模电压摆动；
5、仪表放大器，用于测量外部栅极电阻rg上的差分电压vrg，来估计导通状态下的栅极漏电流，并将差分电压转换为单端输出电压；
6、整流器，用于避免仪表放大器输出的负电压传播至积分器，从而低估导通状态下的栅极漏电流；
7、积分器，用于将导通状态下的栅极漏电流转化为进入栅极的总电荷。
8、进一步地，二极管钳位电路包括二极管d1；二极管d1的正极分别连接sic mosfet的栅极和栅极电阻rg的一端；二极管d1的负极分别连接电阻rb的一端、仪表放大器的反相输入端和二极管d3的负极；二极管d3的正极分别连接外接电源vext和二极管d4的正极；二极管d4的负极分别连接仪表放大器的同相输入端、二极管d2的负极和电阻ra的一端；电阻ra的另一端分别连接电阻rb的另一端和sic mosfet的源极并接地；二极管d2的正极与栅极电阻rg的另一端相连。
9、进一步地，仪表放大器的输出端与整流器的输入端相连。
10、进一步地，整流器包括电阻r1，电阻r1的一端与仪表放大器的输出端相连；电阻r1的另一端分别与电阻r2的一端、二极管d5的负极和运算放大器x1的反相输入端相连；运算放大器的同相输入端接地，输出端分别与二极管d5的正极和二极管d6的负极相连；二极管d6的正极与电阻r2的另一端相连作为整流器的输出。
11、进一步地，积分器包括电阻r0，电阻r0的一端与整流器的输出相连；电阻r0的另一端分别与开关s1的一端、电容c0的一端和运算放大器x2的反相输入端相连；运算放大器x2的同相输入端接地，输出端分别与开关s1的另一端和电容c0的另一端相连作为积分器的输出。
12、提供一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量方法，其包括以下步骤:
13、s1、将二极管钳位电路的输入端与待测sic mosfet的栅极电阻rg两端相连，输出端连接至仪表放大器的输入端，消除rg上差分电压vrg在器件开关过程中的共模电压摆动；
14、s2、通过仪表放大器将差分电压vrg转化为单端输出电压v1；
15、s3、通过整流器消除v1中的负电压，输出电压v2；
16、s4、通过积分器对电压v2进行积分，对积分器的输出电压vs进行低频采样，完成栅极漏电流的在线测量，此外每隔时间ts对电容进行放电，防止积分器饱和。
17、本专利技术的有益效果为：通过跟踪栅极电荷而不是栅极电流，从而将有噪声的高频波形转换为可以用低成本adc轻松测量的低频单极信号，解决了栅极漏电流频率高、动态范围宽难以直接测量的问题。系统结构简单、成本低可以轻松的集成至驱动电路中，测量结果可用于sic mosfet的状态监测与剩余寿命预测。
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1.一种SiC MOSFET栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，包括外加电压源Vext、二极管钳位电路、仪表放大器、整流器和积分器；所述二极管钳位电路的输入端分别连接栅极电阻Rg的一端、栅极电阻Rg的另一端和外接电源Vext；所述二极管钳位电路的输出端与仪表放大器的输入端相连；所述仪表放大器的输出端与整流器的输入端相连；所述整流器的输出端与积分器的输入端相连；所述积分器的输出端电压vs即为测量电路的输出；
2.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，所述二极管钳位电路包括二极管D1；二极管D1的正极分别连接SiC MOSFET的栅极和栅极电阻Rg的一端；二极管D1的负极分别连接电阻Rb的一端、仪表放大器的反相输入端和二极管D3的负极；所述二极管D3的正极分别连接外接电源Vext和二极管D4的正极；所述二极管D4的负极分别连接仪表放大器的同相输入端、二极管D2的负极和电阻Ra的一端；所述电阻Ra的另一端分别连接电阻Rb的另一端和SiC MOSFET的源极并接地；所述二极管D2的正极与栅极电阻Rg的另一端相连。
3.
4.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，所述整流器包括电阻R1，电阻R1的一端与仪表放大器的输出端相连；电阻R1的另一端分别与电阻R2的一端、二极管D5的负极和运算放大器X1的反相输入端相连；运算放大器的同相输入端接地，输出端分别与二极管D5的正极和二极管D6的负极相连；二极管D6的正极与电阻R2的另一端相连作为整流器的输出。
5.根据权利要求1所述的一种SiC MOSFET栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，所述积分器包括电阻R0，电阻R0的一端与整流器的输出相连；电阻R0的另一端分别与开关S1的一端、电容C0的一端和运算放大器X2的反相输入端相连；运算放大器X2的同相输入端接地，输出端分别与开关S1的另一端和电容C0的另一端相连作为积分器的输出。
6.一种SiC MOSFET栅极漏电流的在线测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
...【技术特征摘要】
1.一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，包括外加电压源vext、二极管钳位电路、仪表放大器、整流器和积分器；所述二极管钳位电路的输入端分别连接栅极电阻rg的一端、栅极电阻rg的另一端和外接电源vext；所述二极管钳位电路的输出端与仪表放大器的输入端相连；所述仪表放大器的输出端与整流器的输入端相连；所述整流器的输出端与积分器的输入端相连；所述积分器的输出端电压vs即为测量电路的输出；
2.根据权利要求1所述的一种sic mosfet栅极漏电流的在线测量系统，其特征在于，所述二极管钳位电路包括二极管d1；二极管d1的正极分别连接sic mosfet的栅极和栅极电阻rg的一端；二极管d1的负极分别连接电阻rb的一端、仪表放大器的反相输入端和二极管d3的负极；所述二极管d3的正极分别连接外接电源vext和二极管d4的正极；所述二极管d4的负极分别连接仪表放大器的同相输入端、二极管d2的负极和电阻ra的一端；所述电阻ra的另一端分别连接电阻rb的另一端和sic mosfet的源极并接地；所述二极管d2的正极与栅极电阻rg的另一端相连...
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