CN108828422A - 雪崩耐量测试电路 - Google Patents

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Abstract

雪崩耐量测试电路，进线端连接10A的保险丝，整体与后路耦合连接；电阻KM1和电阻R01串联连接后并整体串联二极管组B16；二极管组B16并联连接于电阻R02和开关CJ2‑3；然后串联连接于电阻R03，分别并联连接于电阻R04和电阻R04‑1；并整体并联连接于电压采样单元；电压采样单元整体并联连接于低感连接单元；低感连接单元串联经由测试开关QS组连接示波器；示波器连接于触发板及低感连接单元，低感连接单元连接于第二电压采样单元；第二电压采样单元经由二极管组B12‑15串联连接于电阻R05；然后整体耦合连接220V的进线端。雪崩耐量测试电路通过可控开关型功率器件，实现对待测二极管的雪崩耐量的测试，可以快速、准确地测量半导体二极管的雪崩耐量，经济实用。

Description

雪崩耐量测试电路
技术领域
本发明涉及电子技术领域，尤其是一种雪崩耐量测试电路。
背景技术
功率MOSFET作为功率半导体器件，在功率电力电子应用中十分广泛。功率MOSFET以多数载流子导电工作于正向偏置状态，通常认为是不存在二次击穿的器件。实际上，当功率MOSFET在反向偏置时，受漏极电压、电流等电气量变化的影响，内部的载流子会被引发雪崩式倍增，导致功率MOSFET雪崩击穿。
功率MOSFET由若干元胞并联组成。以高压VDMOS为例，其中，三极管Nepi，二级管DP+和电容Cgs、Cgd及Cdb为VDMOS内部寄生的器件。这些由功率MOSFET内部PN结间形成的等效器件中的空穴及电子在高频时会受不同因素影响作用于功率MOSFET。正向导通时，电子由源极表面反转层形成的沟道进入漏极，在此过程中，仅寄生体二极管在饱和区产生一个小小的电流分量，而进入稳态后，寄生二极管，三极管对功率MOSFET影响很小。当功率MOSFET器件反向关断时，感性负载使漏端电压高于功率MOSFET的规格电压，这时会有两种情况：一是漏端能量作用于功率MOSFET寄生体二极管上，将其击穿使功率MOSFET进入雪崩击穿，二是漏端电压变化率过大，引起寄生三极管Nepi的基极串入电流使基极电压超过其开启电压从而激活三极管进入导通状态使功率MOSFET雪崩击穿，无论是哪一种情况引发的雪崩击穿都会使功率MOSFET内的电荷激增，热量无法及时释放而导致功率MOSFET损坏。而第二种情况一般都通过工艺调整寄生三极管基极的寄生电阻Rb得以控制。为更好配置功率MOSFET应用电路及客观评价功率MOSFET本身性能，对功率MOSFET的雪崩耐量进行测试显得尤为重要。雪崩耐量测试包括单次脉冲雪崩耐量(简称EAS)测试和重复脉冲雪崩耐量(简称EAR)测试。
公开号为CN101750539A的中国发明专利申请公开了一种“功率MOSFET器件雪崩能量测试仪”，该测试仪主测试电路是将待测MOSFET器件与电流感应器、电感、N型沟道的MOSFET及可调直流电源构成测试通路，测试中通过检测电流感应器感应到的电流来控制N型沟道的MOSFET的开关以实现可调直流电源在测试电路中通断。该功率MOSFET器件雪崩能量测试仪存在的一个缺点是：可调直流电源在测试中始终参与，测试结束时可调直流电源才断开，若测试过程发生异常，如待测MOSFET雪崩击穿后漏源短路而N型沟道MOSFET没 有及时将可调直流电源从测试电路中断开，则可调直流电源会通过雪崩击穿的待测MOSFET器件短路，对测试电路及供电系统造成严重损坏。
在功率MOSFET规格书中都有关于雪崩耐量参数的描述，以供用户合理配置电路，使功率MOSFET能工作于安全工作区。雪崩耐量测试时，功率MOSFET器件处于高压大电流的高频状态，当达到雪崩耐量的极限值时必将器件损坏，损坏时会将功率MOSFET器件漏极和源极融在一起，使漏源极短路，进而短接外部测试电路，具有危险性。因此目前市场上对于雪崩耐量测试仪器的价格定位较高，对于个人研究及公司前期产品开发不太可能实现。因此，有必要开发一种低成本，安全，结果客观，可快速准确测试雪崩耐量的雪崩耐量测试电路。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种雪崩耐量测试电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：雪崩耐量测试电路，进线端连接10A的保险丝，整体与后路耦合连接；电阻KM1和电阻R01串联连接后并整体串联二极管组B16；二极管组B16并联连接于电阻R02和开关CJ2-3；然后串联连接于电阻R03，分别并联连接于电阻R04和电阻R04-1；并整体并联连接于电压采样单元；电压采样单元整体并联连接于低感连接单元；低感连接单元串联经由测试开关QS组连接示波器；示波器连接于触发板及低感连接单元，低感连接单元连接于第二电压采样单元；第二电压采样单元经由二极管组B12-15串联连接于电阻R05；然后整体耦合连接220V的进线端。
本发明还具有以下附加技术特征：
作为本发明方案进一步具体优化的，电压采样单元中，熔断器B2串联连接于两个30KΩ的电阻，然后串联连接于二极管，并经由二极管连接于A1端；A2端与A1端连接于，并连接于15KΩ的可调电阻；可调电阻与二极管并联连接；可调电阻的电阻调节线连接于A3端；其中，A3端连接于电压采样1的I1端，A2端连接于电压采样1的接地GND1端。
作为本发明方案进一步具体优化的，低感连接单元中，电容E1串联连接于安规电容CY1，安规电容CY1通过双绞线连接于触发板；触发板串联连接于场效应管。
作为本发明方案进一步具体优化的，触发板及低感连接单元中，触发板2分别连接于电容4C和电容3E，电容4C均连接于高压硅堆B11；电容3E连接于电容E2；高压硅堆B11和电容E2串联后连接于第二电压采样单元。
作为本发明方案进一步具体优化的，第二电压采样单元中，电压采样2的QY1端连接于A3端，A3端连接于电阻；电压采样2的QY2端连接于A2端，A2端连接于电阻；A1端连接于电阻；电阻串联连接于电阻组；上述整体分别并联连接于电阻R7和开关QS-15/QSFK15，第二电阻组，开关QS-14/QSFK14，并最终连接于二极管组B12-15。
雪崩耐量测试电路的测试方法为：
步骤一、功率MOSFET器件的雪崩耐量测试电路上电，选择测试模式及设置测试条件，根据待测MOSFET器件规格设置储能装置输出的能量；
步骤二、初始状态时，第二控制号为无效电平，第一控制信号为一个短时脉冲，充电开关导通，同时雪崩状态监测电路开始不断扫描储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生过雪崩击穿；若未发生过雪崩击穿，继续步骤三，否则跳转至步骤五；
步骤三、雪崩状态监测电路输出的第一控制信号有效，第二控制信号无效，充电开关导通，可调直流电源为储能装置充电，充电完成后，第一控制信号变为无效电平，第二控制信号变为有效电平，储能装置向电感转移能量，当第二控制信号有效电平时间结束，电感向待测MOSFET器件释放能量，观测待测MOSFET器件的漏源电流和待测MOSFET器件的漏源电压，计算雪崩耐量；
步骤四、根据储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生雪崩击穿，如果发生雪崩击穿，则跳转到步骤五；如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量自动测试模式或重复雪崩耐量测试模式，则跳转到步骤三；
步骤五、结束测试。
作为本发明方案进一步具体优化的，在步骤四中，如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量手动测试模式，完成一次手动雪崩耐量测试后，则跳转到步骤五。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
雪崩耐量测试电路通过可控开关型功率器件，实现对待测二极管的雪崩耐量的测试，可以快速、准确地测量半导体二极管的雪崩耐量，经济实用。
雪崩耐量测定电路操作安全，测试结果客观，成本低。相对于目前市场上其他雪崩测试仪而言，本发明的雪崩耐量测定电路可达到等同测试目的，但却节约了大量成本，给个人研究及公司前期产品开发提供了方便。本发明由于操作安全性高，测试电路中对控制待测MOSFET雪崩击穿发生前后的整个测试电路信号可以相对简化，减少了元器件使用数量，降低了成本。
另外，目前市场上许多测试仪由于受输出瞬间电流限制无法进行高瞬间雪崩耐量的测试，而本发明的功率MOSFET器件的雪崩耐量测定电路中采用独立于电源的储能装置提供能量，通过能量转移实现雪崩耐量测定，可以实现高瞬间能量雪崩耐量的测试。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明雪崩耐量测试电路整体结构示意图；
图2为本发明电压采样单元结构示意图；
图3为本发明低感连接单元结构示意图；
图4为本发明触发板及低感连接单元结构示意图；
图5为本发明第二电压采样单元结构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
雪崩耐量测试电路，如图1所示，进线端连接10A的保险丝，整体与后路耦合连接；电阻KM1和电阻R01串联连接后并整体串联二极管组B16；二极管组B16并联连接于电阻R02和开关CJ2-3；然后串联连接于电阻R03，分别并联连接于电阻R04和电阻R04-1；并整体并联连接于电压采样单元；电压采样单元整体并联连接于低感连接单元；低感连接单元串联经由测试开关QS组连接示波器；示波器连接于触发板及低感连接单元，低感连接单元连接于第二电压采样单元；第二电压采样单元经由二极管组B12-15串联连接于电阻R05；然后整体耦合连接220V的进线端。
如图2所示，电压采样单元中，熔断器B2串联连接于两个30KΩ的电阻，然后串联连接于二极管，并经由二极管连接于A1端；A2端与A1端连接于，并连接于15KΩ的可调电阻；可调电阻与二极管并联连接；可调电阻的电阻调节线连接于A3端；其中，A3端连接于电压采样1的I1端，A2端连接于电压采样1的接地GND1端。
如图3所示，低感连接单元中，电容E1串联连接于安规电容CY1，安规电容CY1通过双绞线连接于触发板；触发板串联连接于场效应管。
如图4所示，触发板及低感连接单元中，触发板2分别连接于电容4C和电容3E，电容4C均连接于高压硅堆B11；电容3E连接于电容E2；高压硅堆B11和电容E2串联后连接于第二电压采样单元。
如图5所示，第二电压采样单元中，电压采样2的QY1端连接于A3端，A3端连接于电阻；电压采样2的QY2端连接于A2端，A2端连接于电阻；A1端连接于电阻；电阻串联连接于电阻组；上述整体分别并联连接于电阻R7和开关QS-15/QSFK15，第二电阻组，开关QS-14/QSFK14，并最终连接于二极管组B12-15。
雪崩耐量测试电路的测试方法为：
步骤一、功率MOSFET器件的雪崩耐量测试电路上电，选择测试模式及设置测试条件，根据待测MOSFET器件规格设置储能装置输出的能量；
步骤二、初始状态时，第二控制号为无效电平，第一控制信号为一个短时脉冲，充电开关导通，同时雪崩状态监测电路开始不断扫描储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生过雪崩击穿；若未发生过雪崩击穿，继续步骤三，否则跳转至步骤五；
步骤三、雪崩状态监测电路输出的第一控制信号有效，第二控制信号无效，充电开关导通，可调直流电源为储能装置充电，充电完成后，第一控制信号变为无效电平，第二控制信号变为有效电平，储能装置向电感转移能量，当第二控制信号有效电平时间结束，电感向待测MOSFET器件释放能量，观测待测MOSFET器件的漏源电流和待测MOSFET器件的漏源电压，计算雪崩耐量；
步骤四、根据储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生雪崩击穿，如果发生雪崩击穿，则跳转到步骤五；如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量自动测试模式或重复雪崩耐量测试模式，则跳转到步骤三；
步骤五、结束测试。
作为本发明方案进一步具体优化的，在步骤四中，如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量手动测试模式，完成一次手动雪崩耐量测试后，则跳转到步骤五。
本发明和现有技术相比，其优点在于：
雪崩耐量测试电路通过可控开关型功率器件，实现对待测二极管的雪崩耐量的测试，可以快速、准确地测量半导体二极管的雪崩耐量，经济实用。
雪崩耐量测定电路操作安全，测试结果客观，成本低。相对于目前市场上其他雪崩测试仪而言，本发明的雪崩耐量测定电路可达到等同测试目的，但却节约了大量成本，给个人研究及公司前期产品开发提供了方便。本发明由于操作安全性高，测试电路中对控制待测MOSFET雪崩击穿发生前后的整个测试电路信号可以相对简化，减少了元器件使用数量，降低了成本。
另外，目前市场上许多测试仪由于受输出瞬间电流限制无法进行高瞬间雪崩耐量的测试，而本发明的功率MOSFET器件的雪崩耐量测定电路中采用独立于电源的储能装置提供能量，通过能量转移实现雪崩耐量测定，可以实现高瞬间能量雪崩耐量的测试。
尽管已经对上述各实施例进行了描述，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改，所以以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利保护范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (7)

1.雪崩耐量测试电路，其特征在于，进线端连接10A的保险丝，整体与后路耦合连接；电阻KM1和电阻R01串联连接后并整体串联二极管组B16；二极管组B16并联连接于电阻R02和开关CJ2-3；然后串联连接于电阻R03，分别并联连接于电阻R04和电阻R04-1；并整体并联连接于电压采样单元；电压采样单元整体并联连接于低感连接单元；低感连接单元串联经由测试开关QS组连接示波器；示波器连接于触发板及低感连接单元，低感连接单元连接于第二电压采样单元；第二电压采样单元经由二极管组B12-15串联连接于电阻R05；然后整体耦合连接220V的进线端。
2.根据权利要求1所述的雪崩耐量测试电路，其特征在于，电压采样单元中，熔断器B2串联连接于两个30KΩ的电阻，然后串联连接于二极管，并经由二极管连接于A1端；A2端与A1端连接于，并连接于15KΩ的可调电阻；可调电阻与二极管并联连接；可调电阻的电阻调节线连接于A3端；其中，A3端连接于电压采样1的I1端，A2端连接于电压采样1的接地GND1端。
3.根据权利要求1所述的雪崩耐量测试电路，其特征在于，低感连接单元中，电容E1串联连接于安规电容CY1，安规电容CY1通过双绞线连接于触发板；触发板串联连接于场效应管。
4.根据权利要求1所述的雪崩耐量测试电路，其特征在于，触发板及低感连接单元中，触发板2分别连接于电容4C和电容3E，电容4C均连接于高压硅堆B11；电容3E连接于电容E2；高压硅堆B11和电容E2串联后连接于第二电压采样单元。
5.根据权利要求1所述的雪崩耐量测试电路，其特征在于，第二电压采样单元中，电压采样2的QY1端连接于A3端，A3端连接于电阻；电压采样2的QY2端连接于A2端，A2端连接于电阻；A1端连接于电阻；电阻串联连接于电阻组；上述整体分别并联连接于电阻R7和开关QS-15/QSFK15，第二电阻组，开关QS-14/QSFK14，并最终连接于二极管组B12-15。
6.根据权利要求1所述的雪崩耐量测试电路，其特征在于，雪崩耐量测试电路的测试方法为：
步骤一、功率MOSFET器件的雪崩耐量测试电路上电，选择测试模式及设置测试条件，根据待测MOSFET器件规格设置储能装置输出的能量；
步骤二、初始状态时，第二控制号为无效电平，第一控制信号为一个短时脉冲，充电开关导通，同时雪崩状态监测电路开始不断扫描储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生过雪崩击穿；若未发生过雪崩击穿，继续步骤三，否则跳转至步骤五；
步骤三、雪崩状态监测电路输出的第一控制信号有效，第二控制信号无效，充电开关导通，可调直流电源为储能装置充电，充电完成后，第一控制信号变为无效电平，第二控制信号变为有效电平，储能装置向电感转移能量，当第二控制信号有效电平时间结束，电感向待测MOSFET器件释放能量，观测待测MOSFET器件的漏源电流和待测MOSFET器件的漏源电压，计算雪崩耐量；
步骤四、根据储能装置正极提供的电压输出信号，判断待测MOSFET器件是否发生雪崩击穿，如果发生雪崩击穿，则跳转到步骤五；如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量自动测试模式或重复雪崩耐量测试模式，则跳转到步骤三；
步骤五、结束测试。
7.如权利要求6所述的功率MOSFET器件的雪崩耐量测试方法，其特征在于：在步骤四中，如果没有发生雪崩击穿，且测试模式为单次雪崩耐量手动测试模式，完成一次手动雪崩耐量测试后，则跳转到步骤五。
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