CN108039878A - 基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路 - Google Patents

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Abstract

基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路，涉及电子电路设计领域，解决现有用于低频噪声检测的偏置器存在噪声大，容易淹没器件的噪声信号，无法用于低频噪声表征方法的问题，包括低噪声精密电源电路、二级抑噪偏置电路、稳压电路和屏蔽盒。本发明的低噪声精密电源电路由外部可变电阻编程，可输出高达36V的具有极低噪声的输出电压；二级抑噪电路由输入端电容和输出端并联的串联接地二极管组成，通过滑动变阻器调节IGBT栅极电压；稳压电路由背靠背的两个稳压二极管并在IGBT栅极，可提供稳定的栅极电压并保护IGBT器件。

Description

基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路
技术领域
本发明涉及电子电路设计领域，具体涉及一种基于IGBT低频噪声测量的低噪声偏置电路
背景技术
IGBT(绝缘栅双极型晶体管)复合了功率场效应管的高速开关性和电力晶体管的大电流优点，现已成为电力电子装置的“CPU”，广泛应用在轨道交通、智能电网、航空航天和电动汽车等领域。因此，IGBT器件的可靠性研究成为极其重要的技术。
低频噪声是一种十分敏感的IGBT器件可靠性表征方法，该方法利用偏置电路激发IGBT器件内部的低频噪声，例如1/f、g-r噪声等采集低频噪声信息，并对低频噪声时域及频域特性进行研究，因而评判IGBT器件性能的优劣。在低频噪声表征方法中，作为低频噪声激发源的偏置电路具有非常重要的作用。
因为IGBT器件内部的低频噪声非常微弱，一般在nV级.为了提高低频噪声测量的精度，应尽可能降低外围电路及外部环境噪声干扰，如偏置电路噪声、放大器噪声和50Hz工频干扰。其中，偏置电路作为噪声采集系统的前端，其噪声为整个系统噪声本底的主要来源。50Hz工频噪声对低频噪声也存在一定的影响，为减小其影响，要求将偏置电路置于屏蔽盒中。噪声表征时，须对IGBT器件电流、电压信号进行采集，用于后续的研究。IGBT器件的电流、电压信号须通过接入低噪声偏置电路中采集。
由于低频噪声表征尚处于研究阶段，目前还没有针对不同型号和同一型号不同偏置点IGBT低频噪声偏置电路研究。现有的偏置器的噪声本底大于IGBT器件的低噪声本底，容易淹没器件的噪声信号，无法用于低频噪声表征方法。
发明内容
本发明为解决现有用于低频噪声检测的偏置器存在噪声大，容易淹没器件的噪声信号，无法用于低频噪声表征方法的问题，本发明提供一种基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路。
基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路，包括精密电源电路、一级抑噪电路、稳压电路和二级抑噪电路；
所述精密电源电路包括电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；
所述一级抑噪电路包括滤波电容C4、滤波电容C5、耦合电解电容C6、电容C7、电阻R5、电阻R6、集电极电阻R7、发射极偏置电阻R8和栅极偏置电阻R9；
稳压电路包括背对背连接的稳压二极管D1和稳压二极管D2；
二级抑噪电路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和稳压二极管D5；
所述电容C1、电容C2和电容C3并联连接后，一端接地，另一端分别与电阻R2的一端以及三极管Q1的集电极连接，所述电阻R2的另一端分别与三极管Q1的基极和稳压二极管U1的阴极连接，所述三极管Q1的发射极分别与电阻R3的一端以及一级抑噪电路中的滤波电容C4和滤波电容C5连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和稳压二极管U1的参考端连接，所述稳压二极管U1的阳极、电阻R4的另一端接地；
所述滤波电容C4和滤波电容C5并联连接后一端接地，另一端分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端以及集电极电阻R7的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与栅极偏置电阻R9的一端，稳压电路中稳压二极管D1的阴极以及待测IGBTQ2的基极连接；
所述集电极电阻R7的另一端分别与待测三极管Q2的集电极以及二级抑噪电路中的稳压二极管D3的阴极连接，栅极偏置电阻R9的另一端与耦合电解电容C6的一端连接，电阻R6的另一端、耦合电解电容C6的另一端接地；
稳压二极管D2的阴极端接地；待测三极管Q2的发射极分别与发射极偏置电阻R8的一端、电容C7的一端连接，电阻R8的另一端和电容C7的另一端接地；所述二极管D3的阴极端与二极管D4的阳极端连接，二极管D4的阴极端与二极管D5的阳极端连接，二极管D5的阴极端接地。
本发明的有益效果：本发明所述的偏置电路包括精密电源电路、二级抑噪电路和稳压电路；所述的精密电源电路由三端可编程并联稳压二极管，通过外部固定电阻和可变电阻编程，输出稳定、低噪声的电压和电流。
所述的二级抑噪电路一级由输入端滤波电容、旁路电容和电源滤波电容构成，可抑制由电源电路提供给IGBT栅极电压的噪声；第二级为IGBT集电极并联的串联接地的二极管，可进一步抑制噪声。所述的稳压电路由两个背靠背稳压二极管构成，可以保证IGBT栅极电压稳定且小于最大栅极电压以确保器件的开启及关闭状态，同时保护IGBT器件。
本发明所述的偏置电路不仅能测量不同型号的IGBT器件低频噪声，而且可测量同一型号IGBT器件在不同偏置点下的低频噪声。
附图说明
图1为本发明所述的基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路的结构示意图；
图2为本发明所述的基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路中的精密电源电路的电路图；
图3为本发明所述的基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路中一级抑躁电路、二级抑噪电路及稳压电路的电路图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路，所述偏置电路由精密电源电路、一级抑噪电路、稳压电路和二级抑噪电路；所述偏置电路置于镍金屏蔽盒内。其中，稳压电路中的稳压二极管和分别与IGBT栅极、集电极和发射极相连的偏置电阻共同为IGBT器件提供稳定的偏置电压，并能对IGBT器件起到保护作用。
所述精密电源电路包括电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；
所述一级抑噪电路包括滤波电容C4、滤波电容C5、耦合电解电容C6、电容C7、电阻R5、电阻R6、集电极电阻R7、发射极偏置电阻R8和栅极偏置电阻R9；
稳压电路包括背对背连接的稳压二极管D1和稳压二极管D2；
所述二级抑噪电路包括稳压二极管D3、稳压二极管D4和稳压二极管D5；所述电容C1、电容C2和电容C3并联连接后，一端接地，另一端分别与电阻R2的一端以及三极管Q1的集电极连接，所述电阻R2的另一端分别与三极管Q1的基极和稳压二极管U1的阴极连接，所述三极管Q1的发射极分别与电阻R3的一端以及一级抑噪电路中的滤波电容C4和滤波电容C5连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和稳压二极管U1的参考端连接，所述稳压二极管U1的阳极、电阻R4的另一端接地；
所述滤波电容C4和滤波电容C5并联连接后一端接地，另一端分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端以及集电极电阻R7的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与栅极偏置电阻R9的一端，稳压电路中稳压二极管D1的阴极以及待测IGBTQ2的基极连接；
所述集电极电阻R7的另一端分别与待测三极管Q2的集电极以及二级抑噪电路中的稳压二极管D3的阴极连接，栅极偏置电阻R9的另一端与耦合电解电容C6的一端连接，电阻R6的另一端、耦合电解电容C6的另一端接地；
稳压二极管D2的阴极端接地；待测三极管Q2的发射极分别与发射极偏置电阻R8的一端、电容C7的一端连接，电阻R8的另一端和电容C7的另一端接地；
所述二极管D3的阴极端与二极管D4的阳极端连接，二极管D4的阴极端与二极管D5的阳极端连接，二极管D5的阴极端接地。
结合图2说明本实施方式，所述精密电源电路的输入端口设置有发光二极管LED1和电阻R1串联，当电路接通后，发光二极管被点亮。电容C1、电容C2和电容C3并联，可以滤除电源的低频和高频干扰；为了进一步减少电源对低频噪声测量的影响，该电路由三端可编程并联稳压二极管U1，通过电阻R3、电阻R4并联对其编程，通过调节R3的阻值，可输出高达36V的电压，具有极低的输出噪声电压。
但是其输出电流最大只有100mA,所以直接耦合NPN型三极管Q1进行电流放大，此处，R2分别连接Q1的基极与集电极，作为Q1的偏置电阻；U1连接Q1基极，Q1发射极与R3连接，这样的连接方式使Q1处于放大状态，可使U1的输出电流能力达到1.5A。
结合图3说明本实施方式，其中，一级抑噪电路用于抑制由精密电源电路输出的电压噪声；二级抑噪电路在输出端，即IGBT Q2集电极并联串联接地的二极管，考虑到硅二极管导通压降约为0.7V，二极管的个数应不大于精密电源电路输出电压除以0.7的整数个。电阻R5、电阻R6为串联分压电阻，集电极电阻R7、发射极偏置电阻R8和栅极偏置电阻R9分别为IGBT栅极、集电极和发射极偏置电阻。
通过改变电阻R3和电阻R5的阻值，可以对不同型号IGBT器件和同一型号IGBT器件的不同偏置点提供偏置电压，以达到对其低频噪声的测量。稳压部分由两个背靠背串联接入的稳压二极管D1、D2组成，可为IGBT提供稳定的偏置电压及保护。
整个偏置电路置于镍金屏蔽盒中，避免外界电磁波等环境因素对测量的影响。可以防止外部环境(尤其是50Hz工频)干扰。

Claims (2)

1.基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路，精密电源电路、一级抑噪电路、稳压电路和二级抑噪电路；其特征是；
所述精密电源电路包括电容C1、电容C2、电容C3、稳压二极管U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4和三极管Q1；
所述一级抑噪电路包括滤波电容C4、滤波电容C5、耦合电解电容C6、电容C7、电阻R5、电阻R6、集电极电阻R7、发射极偏置电阻R8和栅极偏置电阻R9；
稳压电路包括背对背连接的稳压二极管D1和稳压二极管D2；
二级抑噪电路包括二极管D3、二极管D4和二极管D5；
所述电容C1、电容C2和电容C3并联连接后，一端接地，另一端分别与电阻R2的一端以及三极管Q1的集电极连接，所述电阻R2的另一端分别与三极管Q1的基极和稳压二极管U1的阴极连接，所述三极管Q1的发射极分别与电阻R3的一端以及一级抑噪电路中的滤波电容C4和滤波电容C5连接，所述电阻R3的另一端分别与电阻R4的一端和稳压二极管U1的参考端连接，所述稳压二极管U1的阳极、电阻R4的另一端接地；
所述滤波电容C4和滤波电容C5并联连接后一端接地，另一端分别与电阻R5的一端、电阻R6的一端以及集电极电阻R7的一端连接，所述电阻R5的另一端分别与栅极偏置电阻R9的一端，稳压电路中稳压二极管D1的阴极以及待测三极管Q2的基极连接；
所述集电极电阻R7的另一端分别与待测三极管Q2的集电极以及二级抑噪电路中的稳压二极管D3的阴极连接，栅极偏置电阻R9的另一端与耦合电解电容C6的一端连接，电阻R6的另一端、耦合电解电容C6的另一端接地；
稳压二极管D2的阴极端接地；
待测三极管Q2的发射极分别与发射极偏置电阻R8的一端、电容C7的一端连接，电阻R8的另一端和电容C7的另一端接地；
所述二极管D3的阴极端与二极管D4的阳极端连接，二极管D4的阴极端与二极管D5的阳极端连接，二极管D5的阴极端接地。
2.根据权利要求1所述的基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路，其特征在于，还包括镍金屏蔽盒，所述低噪声偏置电路置于所述镍金屏蔽盒内。
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