CN106124954B - 碳化硅二极管和mos管动态测试的限流保护方法及系统 - Google Patents

碳化硅二极管和mos管动态测试的限流保护方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法，还公开了限流保护系统，包括时序控制器、电流检测装置、驱动器、保护开关和计算机。将限流保护过程分成了五个阶段，通过时序控制器控制这五个阶段进行五段式限流，相比传统单一方式限流，针对每个阶段电路的实际情况设定合理的限流值，能够在动态测试的过程中根据动态测试的不同阶段实行精准的限流控制，防止电流过冲击穿器件及损坏测试电路，既能保证测试过程的正常进行，又能起到同时保护测试器件和测试电路的作用。

Description

碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法及系统
技术领域
本发明涉及半导体器件测量技术领域，特别是涉及碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法及系统。
背景技术
二极管的反向恢复时间及MOSFET的开通时间和关断时间是衡量这两种开关器件开关速度的重要指标，针对这两种开关参数的测试统称为动态测试。
目前针对二极管及MOSFET等开关器件进行动态测试一般采用双脉冲法，在双脉冲测试电路中，第一个脉冲打开MOSFET，对电感进行充电。第一个脉冲关断时，MOSFET经历关断过程，电感通过二极管进行续流。第二个脉冲再次打开MOSFET，MOSFET经历开通过程，二极管经历反向恢复过程，至此通过示波器得到了二极管的反向恢复时间及MOSFET的开通时间和关断时间。
动态测试过程中电路中一般有一定义的限流保护值，当器件上流过的电流超过此定义值测试电路关断进行保护。根据碳化硅材料本身的优势，由碳化硅材料制备的二极管及MOSFET具有较高耐压及较大电流能力，同时开关速度极快，因此在采用双脉冲法进行高压大电流动态参数测试的过程中，脉冲时间控制的些许误差，会造成较大的过冲电流流过待测器件及测试电路，造成器件与测试电路的损坏。再者，MOSFET关断与MOSFET非关断状态对测试电路限流的要求也不一样。因此传统的针对动态测试单一的限流保护方法已经不太适用于碳化硅二极管及MOSFET的实际动态测试过程中对测试器件及测试电路的保护。
发明内容
发明目的：本发明的目的是提供一种能够防止电流过冲损坏器件和测试电路的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法及系统。
技术方案：本发明所述的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法，包括以下步骤：
S1：将待测试的碳化硅二极管和MOS管接入双脉冲动态测试电路中，选择测试所需的电流I、电压V、电感L和MOS管栅极驱动电压，并输入到计算机中；
S2：计算出第一脉冲时间长度并将第一脉冲时间长度T1和相应的限流值I1输入到计算机中；
S3：在小电流条件下运行一次双脉冲动态测试，在示波器上观测由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T2，并将栅驱动波形关断延迟时间长度T2和相应的的限流值I2输入到计算机中；
S4：自行选择第一脉冲与第二脉冲之间的时间间隔T3，并将时间间隔T3和相应的限流值I3输入到计算机中；
S5：自行选择第二脉冲时间长度T4，并将第二脉冲时间长度T4和相应的限流值I4输入到计算机中；
S6：将第二脉冲由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T5和相应的限流值I5输入计算机中；
S7：计算机控制时序控制器和电流检测装置，在时间段T1内如果检测到流过MOS管的电流超过I1，则电流检测装置将信号反馈给计算机，计算机控制驱动器关断MOS管的栅极驱动信号；在时间段T2内如果检测到流过MOS管的电流超过I2，则电流检测装置将信号反馈给计算机，计算机控制驱动器关断MOS管的栅极驱动信号；在时间段T3内如果检测到流过MOS管的电流超过I3，则电流检测装置将信号反馈给计算机，计算机控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T4内如果检测到流过MOS管的电流超过I4，则电流检测装置将信号反馈给计算机，计算机控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T5内如果检测到流过MOS管的电流超过I5，则电流检测装置将信号反馈给计算机，计算机控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源。
进一步，所述步骤S5中第二脉冲时间长度T4刚好能够实现栅驱动波形的正常开关。
进一步，所述步骤S6中的T5等于步骤S3中的T2。
本发明所述的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护系统，用于对双脉冲动态测试电路中的碳化硅二极管和MOS管进行限流保护，系统包括时序控制器、电流检测装置、驱动器、保护开关和计算机；其中：
时序控制器：受计算机的控制，用于控制第一脉冲和第二脉冲的时序；
电流检测装置：用于对流过MOS管的电流进行检测，并将检测结果发送给计算机；
驱动器：受计算机的控制，对MOS管的栅极驱动信号进行接通或者关断；
保护开关：受计算机的控制，通过接通或者关断来实现对双脉冲动态测试电路的保护；
计算机：用于控制时序控制器、驱动器和保护开关；当电流检测装置发送回的检测结果超出预设值时，控制驱动器对MOS管的栅极驱动信号进行关断或者控制保护开关进行关断。
进一步，还包括保护开关控制器，保护开关为MOS管，计算机控制保护开关控制器对保护开关的栅极驱动信号进行接通或者关断。
有益效果：将限流保护的过程分为了五个阶段，第一个是理论计算出的碳化硅MOSFET的开通阶段，第二个是由于栅驱动异常而造成的碳化硅MOSFET延迟关断阶段，第三个是碳化硅MOSFET的关断阶段。第四个是预设的第二个脉冲长度时间内碳化硅MOSFET的开通阶段，第五个是第二个脉冲内由于栅驱动异常而造成的碳化硅MOSFET延迟关断阶段。由于通过时序控制器控制这五个阶段进行五段式限流，相比传统单一方式限流，针对每个阶段电路的实际情况设定合理的限流值，能够在动态测试的过程中根据动态测试的不同阶段实行精准的限流控制，防止电流过冲击穿器件及损坏测试电路，既能保证测试过程的正常进行，又能起到同时保护测试器件和测试电路的作用。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明的系统示意图；
图3为本发明的流过待测MOSFET的电流波形图以及实际的限流保护区间。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的介绍。
在对高压大电流碳化硅器件进行动态测试的时候，需要对测试电路进行限流保护，针对不同的测试阶段由电脑控制时序控制器和限流保护单元以及主电路开关采取不同的限流保护，同时考虑碳化硅MOSFET理想关断和实际关断的时间差，确保在不同阶段实行精准的限流保护。
基础上述思想，本发明提出了一种碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护系统，如图2所示，包括时序控制器1、电流检测装置2、驱动器3、保护开关控制器5、保护开关和计算机4；其中：
时序控制器1：受计算机4的控制，用于控制第一脉冲和第二脉冲的时序；
电流检测装置2：用于对流过MOS管M1的电流进行检测，并将检测结果发送给计算机4；
驱动器3：受计算机4的控制，对MOS管M1的栅极驱动信号进行接通或者关断；
保护开关：受计算机4的控制，通过接通或者关断来实现对双脉冲动态测试电路的保护，本具体实施方式中的保护开关采用MOS管M2；
计算机4：用于控制时序控制器1、驱动器3和保护开关控制器5；当电流检测装置2发送回的检测结果超出预设值时，控制驱动器3对MOS管M1的栅极驱动信号进行关断或者控制保护开关控制器5对MOS管M2的栅极驱动信号进行关断。
在本系统中将双脉冲测试过程分为5个阶段，如图3所示，其中，T1为第一脉冲时间长度，T2为第一个脉冲栅驱动波形关断延迟时间长度，T3为两个脉冲时间间隔，T4为第二脉冲时间长度，T5为第二个脉冲栅驱动波形关断延迟时间长度。
本系统的限流保护方法如图1所示，包括以下的步骤：
S1：如图2所示，将待测试的碳化硅二极管D1和MOS管M1接入双脉冲动态测试电路中，选择测试所需的电流I为20A、电压V为1200V、电感L为200μH以及MOS管M1的栅极驱动电压15V，并输入到计算机4中；
S2：根据计算出第一脉冲时间长度T1为3.3μs，相应的限流值I1选取为24A，然后将第一脉冲时间长度T1和相应的限流值I1输入到计算机4中；
S3：在小电流条件下运行一次双脉冲动态测试，在示波器上观测到由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T2为0.3μs，相应的限流值I2选取为24A，然后将栅驱动波形关断延迟时间长度T2和相应的的限流值I2输入到计算机4中；
S4：选择第一脉冲与第二脉冲之间的时间间隔T3为10μs，相应的限流值I3选取为2A，然后将时间间隔T3和相应的限流值I3输入到计算机4中；
S5：选择第二脉冲时间长度T4为1.5μs，则第二个脉冲阶段MOSFET理论电流增长应为1.5μs/3.3μs*20A＝9A，电流理论峰值为29A，留足余量因此选择1.5μs期间的限流值I4为35A，然后第二脉冲时间长度T4和相应的限流值I4输入到计算机4中；
S6：选择第二脉冲由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T5为0.3μs，相应的限流值I5为35A，然后将第二脉冲由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T5和相应的限流值I5输入计算机4中；
S7：计算机4控制时序控制器1和电流检测装置2，在时间段T1内如果检测到流过MOS管的电流超过I1，则电流检测装置2将信号反馈给计算机4，计算机4控制驱动器3关断MOS管的栅极驱动信号；在时间段T2内如果检测到流过MOS管的电流超过I2，则电流检测装置2将信号反馈给计算机4，计算机4控制驱动器3关断MOS管的栅极驱动信号；在时间段T3内如果检测到流过MOS管的电流超过I3，则电流检测装置2将信号反馈给计算机4，计算机4控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T4内如果检测到流过MOS管的电流超过I4，则电流检测装置2将信号反馈给计算机4，计算机4控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T5内如果检测到流过MOS管的电流超过I5，则电流检测装置2将信号反馈给计算机4，计算机4控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源。

Claims (5)

1.碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将待测试的碳化硅二极管D1和MOS管M1接入双脉冲动态测试电路中，选择测试所需的电流I、电压V、电感L和MOS管M1栅极驱动电压，并输入到计算机(4)中；
S2：计算出第一脉冲时间长度并将第一脉冲时间长度T1和相应的限流值I1输入到计算机(4)中；
S3：在小电流条件下运行一次双脉冲动态测试，在示波器上观测由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T2，并将栅驱动波形关断延迟时间长度T2和相应的的限流值I2输入到计算机(4)中；
S4：自行选择第一脉冲与第二脉冲之间的时间间隔T3，并将时间间隔T3和相应的限流值I3输入到计算机(4)中；
S5：自行选择第二脉冲时间长度T4，并将第二脉冲时间长度T4和相应的限流值I4输入到计算机(4)中；
S6：将第二脉冲由于密勒效应造成的栅驱动波形关断延迟时间长度T5和相应的限流值I5输入计算机(4)中；
S7：计算机(4)控制时序控制器(1)和电流检测装置(2)，在时间段T1内如果检测到流过MOS管M1的电流超过I1，则电流检测装置(2)将信号反馈给计算机(4)，计算机(4)控制驱动器(3)关断MOS管M1的栅极驱动信号；在时间段T2内如果检测到流过MOS管M1的电流超过I2，则电流检测装置(2)将信号反馈给计算机(4)，计算机(4)控制驱动器(3)关断MOS管M1的栅极驱动信号；在时间段T3内如果检测到流过MOS管M1的电流超过I3，则电流检测装置(2)将信号反馈给计算机(4)，计算机(4)控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T4内如果检测到流过MOS管M1的电流超过I4，则电流检测装置(2)将信号反馈给计算机(4)，计算机(4)控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源；在时间段T5内如果检测到流过MOS管M1的电流超过I5，则电流检测装置(2)将信号反馈给计算机(4)，计算机(4)控制保护开关断开，切断双脉冲动态测试电路的电源。
2.根据权利要求1所述的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法，其特征在于：所述步骤S5中第二脉冲时间长度T4刚好能够实现栅驱动波形的正常开关。
3.根据权利要求1所述的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法，其特征在于：所述步骤S6中的T5等于步骤S3中的T2。
4.采用权利要求1所述的碳化硅二极管和MOS管动态测试的限流保护方法的系统，其特征在于：所述系统用于对双脉冲动态测试电路中的碳化硅二极管D1和MOS管M1进行限流保护，系统包括时序控制器(1)、电流检测装置(2)、驱动器(3)、保护开关和计算机(4)；其中：
时序控制器(1)：受计算机(4)的控制，用于控制第一脉冲和第二脉冲的时序；
电流检测装置(2)：用于对流过MOS管M1的电流进行检测，并将检测结果发送给计算机(4)；
驱动器(3)：受计算机(4)的控制，对MOS管M1的栅极驱动信号进行接通或者关断；
保护开关：受计算机(4)的控制，通过接通或者关断来实现对双脉冲动态测试电路的保护；
计算机(4)：用于控制时序控制器(1)、驱动器(3)和保护开关；当电流检测装置(2)发送回的检测结果超出预设值时，控制驱动器(3)对MOS管M1的栅极驱动信号进行关断或者控制保护开关进行关断。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：还包括保护开关控制器(5)，保护开关为MOS管M2，计算机(4)控制保护开关控制器(5)对保护开关的栅极驱动信号进行接通或者关断。
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