CN102522894A - 用于功率器件测试系统的电压转换电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于功率器件测试系统的电压转换电路。该电压转换电路分为两级，第一级中包括两个反向器和两个反向输出电路，各反向器分别连接相应的反向输出电路；第二级包括两个DMOS管、两个PMOS管、RS触发器、电阻和四个二极管。本发明所提供的电压转换电路采用两级电压转换，对每一级的要求都比单级电压转换电路的要求低，所以该电压转换电路的稳定度高，带负载能力强。第二级采用DMOS管源极输入方式，输入电阻小，高频特性好，转换的信号频率明显高于栅极输入方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压转换电路，尤其涉及一种应用在功率器件测试系统中的电压转换电路，属于功率器件测试技术领域。
背景技术
近年来，电力电子技术发展迅速，在工业、航空、军事等领域得到了广泛的应用。功率器件是电力电子设备的心脏，它在很大程度上决定了电力电子设备的性能和质量。迄今为止，功率器件主要包括晶闸管、门极可关断晶闸管（GTO）、双极型功率晶体管（BJT）、功率MOS场效应管（MOSFET）、绝缘门极晶体管（IGBT）、整流管、大电容、静电感应晶体管（SIT）、静电感应晶闸管（SITH）和MOS控制晶闸管（MCT）等。
功率器件的特性参数可以分为静态参数和动态参数两大类。静态参数主要有额定电压、额定电流、动态压降等；动态参数主要有开通速度、关断速度、电压临界上升率、电流临界上升率等，另外还有一些重要的参数，如驱动要求、器件结构参数等。功率器件的特性参数决定了该器件的应用场合和应用条件，因此对功率器件的参数测试不仅对功率器件的研究和生产来说是十分重要的，对电力电子设备的研制和生产也是非常重要的。
功率器件的特性参数具有测试项目多、量程变化大、参数之间相互关联、部分瞬态参数快速突变等特点，使得对参数的测试尤其是时间参数的测试变得十分困难。目前，国内外对功率器件的参数测试大部分依靠人工，分步、分时进行，存在速度慢、精度低等缺点。因此，研制专用的功率器件测试系统，具有重要的意义。
在功率器件测试系统中，主要控制部分的电路电源为低压，而测试接口部分需要向待测功率器件提供高压。为了方便实现系统集成，必须在功率器件测试系统内提供从低压到高压的电压转换电路。传统的电压转换电路采用单级电压转换，即将控制信号接在功率开关管（DMOS管）的栅极，通过控制栅极实现电压从低压到高压的转换。在这种电路方案中，耐压管承受的电压大，而且功率开关管的漏极需要接输出电路，传输速度低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于功率器件测试系统的电压转换电路。该电路可以在功率器件测试系统内部实现从低压到高压的电压转换。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：
一种用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述电压转换电路分为两级，第一级中包括两个反向器和两个反向输出电路，各反向器分别连接相应的反向输出电路；第二级包括两个DMOS管、两个PMOS管、RS触发器、电阻和四个二极管；其中，
两个反向输出电路的输出端分别连接两个DMOS管的源极，所述DMOS管的漏极连接起上拉作用的电阻；
第一二极管和第三二级管的连接点连接第一DMOS管的漏极、第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的源极；第二二极管和第四二极管的连接点连接第二DMOS管的漏极、第二PMOS管的栅极和第一PMOS管的源极；
第一PMOS管和第二PMOS管的源极分别连接所述RS触发器的R端、S端。
其中较优地，所述反向器包括两个LDMOS管和一个电阻；两个LDMOS管的漏极通过所述电阻进行连接，栅极共同接入控制电路产生的脉冲信号。
其中较优地，所述脉冲信号包括分别对应驱动信号上升沿和下降沿的两个窄脉冲，两个窄脉冲分别送入两个所述反向器中。
其中较优地，所述DMOS管的栅极连接电源。
其中较优地，所述电压转换电路中还包括输出缓冲器，所述输出缓冲器连接所述RS触发器的输出端。
本发明所提供的电压转换电路采用两级电压转换，对每一级转换驱动电路的要求都比单级电压转换电路的要求低，所以该电压转换电路的稳定度高，带负载能力强。第二级转换驱动电路采用DMOS管源极输入方式，输入电阻小，高频特性好，转换的信号频率明显高于栅极输入方法。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1是本电压转换电路的整体电路原理图；
图2是本电压转换电路中，第一级转换驱动电路的原理图；
图3是本电压转换电路中，第二级转换驱动电路的原理图。
具体实施方式
本发明提供了一种将控制信号从低压转换到高压的电压转换方案。如图1所示，该电压转换方案采用两级电压转换，其中第一级将输入的5V电压转换为17V电压；第二级将输入的17V电压转换到700V以上，并通过RS触发器转换为最终的驱动信号。
PULSE1、PULSE2是由控制电路产生的低电压有效的窄脉冲信号。在本发明中，首先对控制电路产生的驱动信号进行处理，产生分别对应此驱动信号上升沿和下降沿的低电压有效的窄脉冲PULSE1和PULSE2。这两路信号为5V的控制信号，带负载能力较差，占空比比较小。它们作为第一级的输入信号，经过第一级转换驱动电路转换为17V的有一定驱动能力的窄脉冲IN1、IN2。IN1、IN2作为第二级转换驱动电路的驱动信号，带负载能力增强。这两个二级窄脉冲经过第二级转换驱动电路变成700V的高压驱动信号，最终传递到寄存器的输入端。在控制电路产生的驱动信号为上升沿时，触发器输出为高，外部管导通；在控制电路产生的驱动信号为下降沿时，触发器输出为低，外部管截止。
如图2所示，在本电压转换电路中的第一级转换驱动电路中，M11、M12、M21、M22为承受中压的LDMOS管。PULSE1和PULSE2分别接入由M11、R11、M12和M21、R12、M22组成的反向器，由Q0作为电流源为这两个反向器供应恒定的导通电流。在两个反向器中，M11和M12的栅极共同接入PULSE1，漏极之间通过R11进行连接；M21和M22的栅极共同接入PULSE2，漏极之间通过R12进行连接。两个反向器分别接入由三极管Q11、Q12、Q13、Q14和三极管Q21、Q22、Q23、Q24组成的反向输出电路。这两个反向输出电路的输出分别为IN2、IN1，所以PULSE1和PULSE2的低电压分别对应IN2和IN1的低电压。
如图3所示，在本电压转换电路中的第二级转换驱动电路中，m1、m2为耐高压的DMOS管，R1、R2、R3、R4为电阻，M4、M5为起电压转换作用的PMOS管，D1、D2、D3、D4为起保护作用的二极管，LATCH为RS触发器，BUFFER为输出缓冲器。IN1和IN2分别作为DMOS管的源极输入。DMOS管的栅极连接作为电源的Vcc，漏极分别连接起上拉作用的电阻R1、R2。二极管D1、D3的连接点连接DMOS管m1的漏极、PMOS管M4的栅极和PMOS管M5的源极。二极管D2、D4的连接点连接DMOS管m2的漏极、PMOS管M5的栅极和PMOS管M4的源极。PMOS管M4和M5的源极分别连接RS触发器的R端、S端和电阻R3、R4，所以IN1和IN2的低电压分别对应R端、S端的高电压。这样，控制信号的上升沿对应PULSE1的低电压、IN2的低电压、S端的高电压；控制信号的下降沿对应PULSE2的低电压、IN1的低电压、R端的高电压。当上升沿到来时，S端为高，输出为高；当下降沿到来时，R端为高，输出为低。其他时间时，PULSE1、PULSE2、IN2、IN1均为高电压，R端、S端为低电压，输出不变。
在本电压转换电路中，PULSE1和PULSE2是由前级控制电路产生的，电压范围在0～5V之间，低电压有效。作为中压LDMOS管驱动电路的电源Vcc为17V，Vccd为5V。在稳定状态下，PULSE1和PULSE2均为高电压，分别经过由M11、R11、M12和M21、R12、M22组成的反相器后变成低电压，从而分别使Q11、Q12和Q21、Q22截止，输出的IN2、IN1均被钳位于小于Vcc-2*VBE的高电压。当PULSE1端为低电位时，经过反相器输出为高电压，连接输出端IN2的A*10三极管Q12的基极被钳位于VBE，A*10三极管Q12导通，IN2端输出低电压；当PULSE2端为低电位时，经过反相器输出为高电压，连接输出端IN1的A*1三极管Q11的基极被钳位于VBE，A*1三极管Q11导通，IN2端输出低电压。在图3中，当IN1、IN2为高电压时，DMOS管m1、m2截止，上拉电阻R1、R2将A、B两点拉到高电压，PMOS管M4、M5截止，R端、S端为低电压，输出不变。当IN2输入一个窄低脉冲时，PMOS管M5瞬间导通，S端的电位上升到由R2、R4分压得到的高电压，触发器输出为高，并且此低脉冲作用到PMOS管M4的源极，防止M4误导通；当IN1输入一个窄低脉冲时，PMOS管M4瞬间导通，R端的电位上升到由R1、R3分压得到的高电压，触发器输出为高，并且此窄低脉冲作用到PMOS管M5的源极，可以防止PMOS管M5误导通。
本发明所提供的电压转换电路采用两级电压转换，对每一级转换驱动电路的要求都比单级电压转换电路的要求低，所以该电压转换电路的稳定度高，带负载能力强。第二级转换驱动电路采用DMOS管源极输入方式，输入电阻小，高频特性好，转换的信号频率明显高于栅极输入方法。本发明可应用在功率器件测试系统中，作为内部低压控制信号与外部高压测试信号之间的接口部分。采用该电压转换电路能够降低加载到待测功率器件上的电应力，提高测试成品率，保证待测芯片的质量。
上面对本发明所提供的功率器件测试系统电压转换电路进行了详细的说明，但并非对本发明的限制。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，将承担相应的法律责任。
Claims (5)
1.一种用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述电压转换电路分为两级，第一级中包括两个反向器和两个反向输出电路，各反向器分别连接相应的反向输出电路；第二级包括两个DMOS管、两个PMOS管、RS触发器、电阻和四个二极管；其中，
两个反向输出电路的输出端分别连接两个DMOS管的源极，所述DMOS管的漏极连接起上拉作用的电阻；
第一二极管和第三二级管的连接点连接第一DMOS管的漏极、第一PMOS管的栅极和第二PMOS管的源极；第二二极管和第四二极管的连接点连接第二DMOS管的漏极、第二PMOS管的栅极和第一PMOS管的源极；
第一PMOS管和第二PMOS管的源极分别连接所述RS触发器的R端、S端。
2.如权利要求1所述的用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述反向器包括两个LDMOS管和一个电阻；两个LDMOS管的漏极通过所述电阻进行连接，栅极共同接入控制电路产生的脉冲信号。
3.如权利要求2所述的用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述脉冲信号包括分别对应驱动信号上升沿和下降沿的两个窄脉冲，两个窄脉冲分别送入两个所述反向器中。
4.如权利要求1所述的用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述DMOS管的栅极连接电源。
5.如权利要求1所述的用于功率器件测试系统的电压转换电路，其特征在于：
所述电压转换电路中还包括输出缓冲器，所述输出缓冲器连接所述RS触发器的输出端。
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