CN110412443A - 一种mosfet雪崩测试电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MOSFET雪崩测试电路，包括：储能电感、主电源、陪测器件Q1、电压检测装置和电流互感器，主电源的正极依次串接储能电感、被测场效应管后与主电源的负极连接，陪测器件Q1并联在被测场效应管的两端；被测场效应管为MOSFET；电流互感器连接在储能电感和被测场效应管之间；电压检测装置连接在被测场效应管的G极和S极之间；陪测器件Q1用于雪崩耐量动态与静态测试之间的切换，陪测器件Q1的额定电压远大于当前被测场效应管的电压；测试场效应管在动态下雪崩耐量，则陪测器件Q1处于反偏状态，被测场效应管处于开通状态；测试场效应管在静态下的雪崩耐量，被测场效应管处于反偏状态，陪测器件Q1处于开通状态。

Description

一种MOSFET雪崩测试电路

技术领域

本发明涉及场效应管测试领域，尤其涉及一种MOSFET雪崩测试电路。

背景技术

金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET）是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。雪崩测试对于MOSFET实际应用中有着重要的参考意义，雪崩击穿本质上是寄生晶体管导通时，MOSFET由高压小电流迅速转变到低压大电流引起的。

一般雪崩测试都是基于动态雪崩测试，即在器件开关过程中进行雪崩耐量的测试。但在实际中可能出现功率器件并联使用但是不同步开关的场合。当器件处于关断状态时，雪崩电流波形与器件从开通到关断时的雪崩电流有所不同，而且器件完全关断状态下雪崩不存在关断过程，没有关断损耗，其雪崩耐量也有所不同。

因此，急需提供一种用于MOSFET的雪崩测试电路。

发明内容

本发明提供了一种MOSFET雪崩测试电路，将动态与静态下雪崩耐量测试电路综合后进行测试。

实现本发明目的的技术方案如下：

一种MOSFET雪崩测试电路，包括：储能电感、主电源、陪测器件Q1、电压检测装置和电流互感器，所述主电源的正极依次串接储能电感、被测场效应管后与主电源的负极连接，所述陪测器件Q1并联在被测场效应管的两端；所述被测场效应管为MOSFET；所述电流互感器连接在储能电感和被测场效应管之间；所述电压检测装置连接在被测场效应管的G极和S极之间；

所述陪测器件Q1用于雪崩耐量动态与静态测试之间的切换，所述陪测器件Q1的额定电压远大于当前被测场效应管的电压；

测试场效应管在动态下雪崩耐量，则陪测器件Q1处于反偏状态，被测场效应管处于开通状态；

测试场效应管在静态下的雪崩耐量，被测场效应管处于反偏状态，陪测器件Q1处于开通状态。

作为本发明的进一步改进，还包括可调电压源和电压缓冲电路，所述电压缓冲电路并联在被测场效应管的D极和S极之间，所述可调电压源向电压缓冲电路供电。

作为本发明的进一步改进，所述电压缓冲电路包括电阻R、二极管VD、吸收电容C1和吸收电容C2，电阻R串联吸收电容C1后并联在被测场效应管的D极和S极之间，所述二极管VD与吸收电容C2串联后并联在被测场效应管的D极和S极之间；

所述可调电压源分别并联在吸收电容C1和吸收电容C2的两端，用于给电压缓冲电路供电。

作为本发明的进一步改进，所述吸收电容C1和吸收电容C2均为低感吸收电容。

作为本发明的进一步改进，所述吸收电容C1和吸收电容C2的电容值具有较大差别，以吸收不同频率下的关断电压尖峰。

作为本发明的进一步改进，所述可调电压源择一向吸收电容C1和吸收电容C2供电。

作为本发明的进一步改进，所述储能电感由若干电感与若干开关并联成负载电感组。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明对MOSFET进行雪崩耐量测试，同时记录下被测两端的连续电流电压数据，则雪崩耐量为电压电流乘积对时间的积分。对于陪测器件Q1的使用则可测量两种状态下雪崩耐量，关断电压缓冲电路则可以设置相应保护值，有效地保护器件。

附图说明

图1是MOSFET雪崩测试电路；

图2是测试电源电路；

图3是储能电感电路；

图4是雪崩测试流程图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

实施例1：

以背景技术中的一般通用MOSFET为例，要对被测进行动态状态下的雪崩耐量进行测试，首先如图1所示将被测MOSFETQ2接入测试电路，打开测试电源，陪测器件Q1处于反偏状态，对被测MOSFETG端给一个固定宽度的触发脉冲，记录下脉冲下降沿以后D端、S端两端动态电压数据，D端电流数据，则动态雪崩耐量为电压电流乘积对时间积分。

对于静态下的雪崩耐量测试，被测MOSFETQ2处于反偏状态，打开测试电源，对陪测器件Q1的G1端给一个固定脉冲的触发脉冲，记录脉冲下降沿以后的D端，S端动态电压数据，D端电流数据，则静态雪崩耐量为为电压电流乘积对时间积分。

关断电压缓冲电路如图1中所示，二极管并联电阻与电容C1, 电容C2串联，电容两端接可调的电压源。测试时将稳压电源调至需要保护的雪崩电压值，则雪崩时关断电压会被箝位在设定保护电压以下。电容C1与电容C2的值根据电路参数选择，但注意电容C1与电容C2值需有较大差别，以吸收不同频率下的关断电压尖峰。

本实施例综合考虑MOSFET静态雪崩耐量，给出一种改进的雪崩测试电路。如图1所示，本实施例的MOSFET雪崩测试电路，包括：储能电感、主电源、陪测器件Q1、电压检测装置和电流互感器，主电源的正极依次串接储能电感、被测场效应管后与主电源的负极连接，陪测器件Q1并联在被测场效应管的两端；被测场效应管为MOSFET；电流互感器连接在储能电感和被测场效应管之间；电压检测装置连接在被测场效应管的G极和S极之间；陪测器件Q1用于雪崩耐量动态与静态测试之间的切换，陪测器件Q1的额定电压远大于当前被测场效应管的电压；测试场效应管在动态下雪崩耐量，则陪测器件Q1处于反偏状态，被测场效应管处于开通状态；测试场效应管在静态下的雪崩耐量，被测场效应管处于反偏状态，陪测器件Q1处于开通状态。

如图1所示，本实施例的陪测器件Q1中，D端指漏极，S端指源极，G端指栅极；被测场效应管Q2（MOSFET）中，D端指漏极，S端指源极，G端指栅极。

在本实施例中，储能电感L用于产生雪崩能量, 储能电感L由若干电感与开关并联成负载电感组，由软件控制选择，对于不同的负载电感，相应的开关脉冲宽度也不同。

主电源接储能电感L一端，用于测试电路供电，主电源采用并联电容组供电，提升电容容量，为雪崩测试提供能量，电容组电容额定电压需大于被测器件额定电压值，此参数参考器件雪崩击穿的一般机理。

陪测器件Q1用于雪崩耐量动态与静态测试之间的切换，当对被测进行静态下雪崩耐量测试时，陪测器件Q1处于脉冲工作状态，通过陪测器件Q1的短时开通与关断自负载电感产生高压能量使被测雪崩。当对被测进行动态下雪崩耐量测试时，陪测器件Q1处于关断状态，通过被测场效应管Q2的短时开通与关断自负载电感产生高压能量使被测场效应管Q2雪崩。陪测器件Q1的额定电压应大于被测，可选取陪测器件Q1的额定电压至少为被测场效应管Q2的额定电压3倍，额定电流大于等于被测场效应管Q2额定电流。陪测器件Q1的开关速度应不低于被测场效应管Q2的开关速度，以满足模拟正常工作状态下被测场效应管Q2的雪崩。即测动态下雪崩耐量，则陪测器件Q1处于反偏状态，被测处于单脉冲开通状态，当测试静态下的雪崩耐量时被测处于反偏状态，陪测器件Q1处于单脉冲开通状态。

实施例2：

全控型器件在较高频率下工作，当器件关断时，因正向电流的迅速降低而由线路电感在器件两端感应出的过电压对于器件是有害的。尤其是在进行反向恢复测试时，对于MOSFET而言，若电压缓冲电路设计不严谨，有可能器件关断时出现雪崩，长时间造成器件稳定性降低，减少器件使用寿命，严重则会直接使器件损坏。对于测试装置中主要存在的则为关断过压。所以关断电压缓冲电路对于高度全控型开关器件必不可少，一般常用过电压抑制电路主要为RC与RCD无源缓冲电路，虽然能一定程度上一直为关断过程中出现的高电压，但由于电路结构，回路电感等影响，产生的关断能量较大，电压频率高等特点，此种缓冲电路不能完全吸收关断能量，甚至有时关断电压使器件产生雪崩，对器件造成损害，严重时器件被击穿产生炸裂。

本实施例还采用一种改进的电压缓冲电路，进行更为有效过压保护。具体的，本实施例的MOSFET雪崩测试电路，除了包括：储能电感、主电源、陪测器件Q1、电压检测装置和电流互感器之外，还包括可调电压源和电压缓冲电路，电压缓冲电路并联在被测场效应管的D极和S极之间，可调电压源向电压缓冲电路供电。优选电压缓冲电路包括电阻R、二极管VD、吸收电容C1和吸收电容C2，电阻R串联吸收电容C1后并联在被测场效应管的D极和S极之间，二极管VD与吸收电容C2串联后并联在被测场效应管的D极和S极之间；可调电压源分别并联在吸收电容C1和吸收电容C2的两端，用于给电压缓冲电路供电。吸收电容C1和吸收电容C2均为低感吸收电容。吸收电容C1和吸收电容C2的电容值具有较大差别，以吸收不同频率下的关断电压尖峰。

可调电压源并联于吸收电容C2两端，用于给电压箝位缓冲电路供电。二级电压箝位缓冲电路包括二极管VD3、VD4，低感吸收电容C1和C2，关断电压尖峰通过二极管被电容C1，C2吸收，将电压箝位在雪崩电压设定值以内。

对于雪崩耐量测试，同时记录下被测两端的连续电流电压数据，则雪崩耐量为电压电流乘积对时间的积分。对于Q1的使用则可测量两种状态下雪崩耐量，关断缓冲电路则可以设置相应保护值（此时为缓冲电路，无关断功能），箝位电路中，当测试电路产生的雪崩电压大于箝位缓冲电路设定值，即大于电容C1与C2的电压值，则电压通过二极管与电阻被电容吸收，使被测器件的雪崩电压控制在设定值范围之内。电容C1、C2初始电压由稳压电源VCC控制。VCC需设定为雪崩电压的保护值，以保证被测器件雪崩后雪崩电压在设定值以内。

实施例3：

在实施例1和实施例2公开方案的基础上，本实施例公开了下述方案：

如图4所示测试流程图，雪崩测试的一般流程为电源电压设定、箝位电压设定、负载电感选择、雪崩电流与脉冲宽度设定、脉冲触发测试、波形数据获取、计算雪崩耐量。动态雪崩与静态雪崩的测试具体过程是：首先如图1所示将被测Q2接入测试电路；打开测试电源，图2中开关S2闭合，测试电容组C接入测试电源，将测试电源VDD调整至设定电压，则测试电源开始给电容组C充电，当电容组的电压上升至设定电压时，开关S1断开，停止充电；选择对应的负载电感，则负载电感组相应负载选择开关闭合；设定箝位电压值，可调电压源VCC调整至设定值一半，开关S6闭合，可调电压源VCC给C1充电，C1冲到可调电压源VCC值后，开关S6断开，可调电压源VCC调整至箝位电压设定值，可调电压源VCC给C2充电，C2电压达到箝位电压设定值；雪崩电流设定与脉冲宽度设定；设定陪测器件Q1栅极电压VGS<0,此时陪测器件Q1处于反偏关断状态，对被测Q2栅极G端给一个固定宽度的触发脉冲，此脉冲宽度由电流大小、电感、与电源电压计算得到，采用示波器记录下脉冲下降沿以后D,S两端动态电压波形数据，D端电流波形数据，则被测动态雪崩耐量为此脉宽时间内电压电流乘积对时间积分。

对于静态下的雪崩耐量测试，被测Q2栅极电压VGS<0，处于反偏关断状态，对陪测器件Q1的栅极G端给一个固定脉冲的触发脉冲，用示波器记录脉冲下降沿以后的D，S两端动态电压波形数据，D端电流波形数据，则静态雪崩耐量为为此脉宽时间内电压电流乘积对时间积分。

二级电压箝位缓冲电路如图1中所示，二极管VD3、VD4与电容C1,C2串联，电容两端接可调的电压源。二极管采用快速回复二极管，提升电压尖峰吸收速度，二极管额定电压需至少为被测器件额定电压3倍。电容C1与C2的值根据电路参数选择，且都为低感电容有助于吸收电压尖峰。为了更有效吸收器件关断湿湿的电压尖峰能量，这里C1初始电压为设定箝位电压的一半，C2初始电压为设定箝位电压，且C1容量应远大于C2容量，一般以C1为C2容量的5倍，以吸收不同频率下的关断电压尖峰，具体值根据被测器件参数进行计算选型。测试时将稳压电源VCC调至需要保护的雪崩电压值，则雪崩时关断电压会被箝位在设定保护电压以下。器件关断时，由于C1电压低于C2电压，电压尖峰首先通过VD3，大部分过冲能量经由大电容电容C1吸收，剩余能量经由VD4，由小电容C2吸收。此二级箝位缓冲电路即保证了箝位电路的吸收能力，又保证了较快的吸收速度，弥补传统吸收电路的不足。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，包括：储能电感、主电源、陪测器件Q1、电压检测装置和电流互感器，所述主电源的正极依次串接储能电感、被测场效应管后与主电源的负极连接，所述陪测器件Q1并联在被测场效应管的两端；所述被测场效应管为MOSFET；所述电流互感器连接在储能电感和被测场效应管之间；所述电压检测装置连接在被测场效应管的G极和S极之间；

所述陪测器件Q1用于雪崩耐量动态与静态测试之间的切换，所述陪测器件Q1的额定电压远大于当前被测场效应管的电压；

测试场效应管在动态下雪崩耐量，则陪测器件Q1处于反偏状态，被测场效应管处于开通状态；

测试场效应管在静态下的雪崩耐量，被测场效应管处于反偏状态，陪测器件Q1处于开通状态。

2.根据权利要求1所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，还包括可调电压源和电压缓冲电路，所述电压缓冲电路并联在被测场效应管的D极和S极之间，所述可调电压源向电压缓冲电路供电。

3.根据权利要求2所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，所述电压缓冲电路包括电阻R、二极管VD、吸收电容C1和吸收电容C2，电阻R串联吸收电容C1后并联在被测场效应管的D极和S极之间，所述二极管VD与吸收电容C2串联后并联在被测场效应管的D极和S极之间；

所述可调电压源分别并联在吸收电容C1和吸收电容C2的两端，用于给电压缓冲电路供电。

4.根据权利要求3所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，所述吸收电容C1和吸收电容C2均为低感吸收电容。

5.根据权利要求3所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，所述吸收电容C1和吸收电容C2的电容值具有较大差别，以吸收不同频率下的关断电压尖峰。

6.根据权利要求3-5任一项所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，所述可调电压源择一向吸收电容C1和吸收电容C2供电。

7.根据权利要求1所述的MOSFET雪崩测试电路，其特征在于，所述储能电感由若干电感与若干开关并联成负载电感组。