CN111693841B - Mosfet管耐受能力测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种MOSFET管耐受能力测试方法。本发明一种MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,包括:该测试使用一个双器件MOSFET半桥进行,仅控制下桥的MOSFET栅极;上桥器件为被测器件,将经历二极管恢复dV/dt故障;所述上桥器件的栅极与其源相连接,因此在任何时候都只起二极管的作用;在给定的预设电流值、电压和设备温度下,产生单个反向恢复事件。本发明的有益效果:依据此技术可方便评估MOSFET的性能,指导产品在研发阶段的器件选型工作,避免产品在批量生产过程中出现质量问题,造成不可挽回的经济损失。
Description
技术领域
本发明涉及MOSFET管领域,具体涉及一种MOSFET管耐受能力测试方法。
背景技术
功率MOSFET管的dV/dt参数表示MOSFET的电压上升或下降的变化率,一是漏极和源级的电压变化率,二是MOSFET内部寄生的二极管电压变化率。过快的dV/dt速率会导致MOSFET产生雪崩,造成永久损坏。影响dV/dt参数的因素很多,如分布电容、寄生双极晶体管、体漏二极管和其他影响高频开关的寄生元件。这些寄生元件,它们是MOSFET结构的组成部分,如果不完全了解,可能会导致失效问题。
MOSFET管等效示意图见图1。
参数说明如下:
MOSFET场效应管
Cdg Capacitance from Drain to Gate
Cgs Capacitance from Gate to Source
Cdb Capacitance from Drain to Base of NPN(P-N junction capacitance)
Cbs Capacitance from Base of NPN to Source(P-N junction capacitance)
Rb Lateral p+Body Region Resistance
MOSFET管的技术参数中没有dV/dt耐受能力这一技术指标,只会有二极管恢复速度参数,量纲也是dV/dt)。国内没有相关定性测量该指标的文档资料。
三种dV/dt工作模式:
模式一:电容Cdg和Cgs,通过隔离栅节点的二氧化硅存在于栅至漏极和源极之间。在高dV/dt期间流过这些电容的小电流可以影响栅极电位。栅极电势的增大或减小取决于从漏极到源极的dV/dt的极性。当漏极电压相对于源极上升(+dV/dt)时,栅极电位将被拉向正极,可能导致MOSFET打开。通常,这种模式发生在半桥电路的下桥MOSFET。通过适当的栅极驱动设计可以显著降低这一点,dV/dt变化导致在每个周期的部分接通,通常不是破坏性的,最明显的影响是增加开关损耗。
模式二:漏源电压的快速变化将导致容性电流流过固有结电容Cdb,如果足够,可能会使双极晶体管的基极-发射极结产生偏置(图1)。这种开启模式具有潜在的破坏性,然而,人们普遍认为这种情况不太可能发生。
模式三:是最重要的模式,称为“二极管反向恢复dV/dt”。这种模式可能发生在任何MOSFET工作的桥式电路中,其寄生体漏极二极管携带感应负载电流并经历反向恢复。在这种失效模式下寄生双极晶体管再次激活。对这种机制感兴趣的点发生在反向恢复电流达到峰值时。在一个典型的半桥电路中,下桥MOSFET导通并迫使上桥体二极管反向恢复。此时体二极管充满了载流子,必须清除载流子才能使二极管显示出阻塞特性。此时二极管开始建立耗尽区,但随着该区域迅速延伸,更多的电荷被释放。理论上,正是这些最后的电荷导致了问题,因为在那个时刻,器件承受着全部的工作电压。被释放的最后一部分电荷可以在p型体区域横向流动。如果电阻Rb足够大,产生的电压差将足以使双极性的基极发射极p-n结部分偏压。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种MOSFET管耐受能力测试方法,设计一种采用“单脉冲”测试方法,用于评估dV/dt耐受能力。利用dV/dt模式三工作原理,设计一种测试dV/dt耐受能力的技术。记录不同测试条件下,导致MOSFET失效的数据,做为MOSFET性能判断的依据。
该装置可提供高达200V/200A电源,单脉冲PWM的高电平时间5us~500us可调。为了研究温度对dV/dt性能的影响,设计了温度可控的测试MOSFET安装块。可以方便对电压、电流、温度、下桥脉冲时间进行控制。
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,包括:该测试使用一个双器件MOSFET半桥进行,仅控制下桥的MOSFET栅极;上桥器件为被测器件,将经历二极管恢复dV/dt故障;所述上桥器件的栅极与其源相连接,因此在任何时候都只起二极管的作用;
在给定的预设电流值、电压和设备温度下,产生单个反向恢复事件;
具体步骤如下:
第一步:下桥打开并在电感负载中建立电流;
第二步:一旦电流达到用户设置点,下桥MOSFET被关闭,迫使电流在DUT体二极管续流;
第三步:经过第一预设时间后,再开启下桥MOSFET第二预设时间,迫使DUT反向恢复;如果DUT失效发生,在这个第二预设时间脉冲期间,非常大的电流可能流过下桥MOSFET,通过下桥MOSFET的电压降检测到;如果在恢复脉冲结束时通过下桥MOSFET的VDS电压大于第一预设电压,锁存故障。
在其中一个实施例中,所述第一预设时间是9到11usec。
在其中一个实施例中,所述第一预设时间是10usec。
在其中一个实施例中,所述第二预设时间是5usec。
在其中一个实施例中,所述第一预设电压是2.5到3.5伏特。
在其中一个实施例中,所述第一预设电压是3伏特。
在其中一个实施例中,还包括:第四步:一旦检测到故障并锁定,锁定任何进一步的脉冲请求,直到清除故障;这是为了防止失效的DUT和下桥MOSFET的进一步损害;当DUT故障发生时,由于恢复脉冲的持续时间较短,它通常不会损坏下桥MOSFET;DUT模块内的杂散电感能将电流限制在400-500安培;但是,如果故障被清除而未移除失效DUT并再次脉冲测试,则下桥MOSFET将被损坏。
基于同样的发明构思,本申请还提供一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,所述处理器执行所述程序时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思,本申请还提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,该程序被处理器执行时实现任一项所述方法的步骤。
基于同样的发明构思,本申请还提供一种处理器,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行任一项所述的方法。
本发明的有益效果:
依据此技术可方便评估MOSFET的性能,指导产品在研发阶段的器件选型工作,避免产品在批量生产过程中出现质量问题,造成不可挽回的经济损失。
附图说明
图1是本发明MOSFET管耐受能力测试方法中的MOSFET管等效示意图.
图2是本发明MOSFET管耐受能力测试方法的测试原理图。
图3是本发明MOSFET管耐受能力测试方法中的等级测试图。
图4是本发明MOSFET管耐受能力测试方法中的测试流程图。
图5是本发明MOSFET管耐受能力测试方法中的测试数据图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
该测试使用一个双器件MOSFET半桥进行,仅控制下桥的MOSFET栅极。上桥器件为被测器件(DUT),将经历二极管恢复dV/dt故障。所述上桥器件的栅极与其源相连接,因此在任何时候都只起二极管的作用。
该测试采用“单脉冲”方案,在给定的预设电流值、电压和设备温度下,产生单个反向恢复事件。
脉冲方案的工作原理如下:
第一步:下桥打开(Q102导通)并在电感负载中建立电流。
第二步:一旦电流达到用户设置点,下桥MOSFET被关闭,迫使电流在DUT体二极管续流。
第三步:经过约10usec后,再开启下桥MOSFET约5usec,迫使DUT反向恢复。如果DUT失效发生,在这个5-usec脉冲期间,非常大的电流可能流过下桥MOSFET,通过下桥MOSFET的电压降(VDS)检测到。如果在恢复脉冲结束时通过下桥MOSFET的VDS电压大于3伏特,故障检测电路将锁存故障。虽然这种情况很少见,但DUT也有可能以避免检测的方式失效。例如,DUT可能发生短路故障,但仍然有足够大的电阻来保持电流足够低,使下桥MOSFET不会产生较大的电压降。
第四步:一旦检测到故障并锁定,测试器将锁定任何进一步的脉冲请求,直到按下故障清除按钮。这是为了防止失效的DUT和下桥MOSFET的进一步损害。当DUT故障发生时,由于恢复脉冲的持续时间较短,它通常不会损坏下桥MOSFET。DUT模块内的杂散电感能将电流限制在400-500安培。但是,如果故障被清除而未移除失效DUT并再次脉冲测试,则下桥MOSFET将被损坏。
允许在故障期间直接测量dV/dt的大小波形。示波器的电源线上应该有一个接地隔离器,以防止任何可能的电流在示波器和电源之间流动。示波器地线不应连接到桥的M节点,因为示波器内的杂散电容可能会干扰存在于该节点的高速波形。为了在dV/dt事件上触发,第二个下降边沿波形是关心的,能够被事件延迟触发。DUT中的电流也可以测量,但不应该用于大多数测试。测试模块可以很容易地进行修改,以接受与DUT串联的电流互感器,用于测量反向恢复电流波形,可以在模块板上添加TO-220插座,以便更快地测试设备。电流互感器和插座将在两个MOSFET之间增加显著的电感,这将导致测试不太严格。测试参数的定义:
DUT被测器件
VDSS制造商指定的击穿电压
ID制造商指定的排泄电流额定值为25℃
dVDS/dt输出电压到源电压的变化速率
BVDSS实际测量的平均击穿电压
Vcap跨主母线电容器的电压
Rg栅对低场效应晶体管的电阻
Ths DUT安装块的最高温度
Itest测试电流(体二极管正向电流)
参阅图3,在dV/dt测试技术中,定义了四个严重级别来测试和比较MOSFET。每一层都严格定义了模块参数和配置,包括DUT如何安装到模块上。测试电压和温度不会在以下定义的任何测试级别内变化。在每个级别中,唯一应该更改的变量是测试电流,并且只有一个级别变量会在级别之间更改。测试电流应该从0到2倍于DUT的额定25C漏电流。测试数据应记录为(级,电流)。
出于MOSFET筛选的目的,只关心由于dV/dt而导致MOSFET失效的最不严重的测试。因此,图4的流程图用于设备筛选或鉴定。20个MOSFET将用于设备性能的鉴定。这20个DUT将首先在1级进行测试。如果所有设备都通过了1级,它们将在2级进行测试。如果所有设备都通过了二级,那么这20个MOSFET中的5台将通过三级测试,可能还会通过四级测试。第4级将只用于在第3级时不会失败的设备。在超过MOSFET失败的级别上进行测试是没有必要的。增加测试的严重性是为MOSFET性能预留的,它不会在给定的级别失败。MOSFET性能将根据失效时的最低测试级别和最低测试电流进行评级。例如,dV/dt额定值为3-75意味着MOSFET在3级75安培时发生故障。测试必须从第一级开始,以确保没有将错误评级分配给设备。MOSFET将根据其失败的级别获得生产应用的资格。要考虑使用的MOSFET所需的测试级别应该是特定于应用场合的。例如,下桥的MOSFET通常比上桥的MOSFET性能要求高。
以上对本发明提供的MOSFET管耐受能力测试方法做了详细的描述,还有以下几点需要说明:
实现MOSFET dV/dt耐受能力的测试技术的实现方法和步骤,解决了无法定性判定MOSFET dV/dt性能的问题。依据测试等级设定,通常在等级三测试OK就可批量使用该MOSFET。
图二为该测试方案设计的原理图,参数说明如下:
R101=2.2ohms(Rg)
C101,C102=4.7uF 16V tantalum
U101=Telcom TC4422CPA 9A peak FET driver
Q101=DUT
Q102=Silconix SUM110N10
C105-C110=Panasonic.33uF 100V SMT film
C103,C104=Rubycon 270uF 100V type ZL(or equivalent)
依据此技术可方便评估MOSFET的性能,图5为具体测试MOSFET型号的数据,指导产品在研发阶段的器件选型工作,避免产品在批量生产过程中出现质量问题,造成不可挽回的经济损失。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,包括:该测试使用一个双器件MOSFET半桥进行,仅控制下桥的MOSFET栅极;上桥器件为被测器件,将经历二极管恢复dV/dt故障;所述上桥器件的栅极与其源相连接,因此在任何时候都只起二极管的作用;
在给定的预设电流值、电压和设备温度下,产生单个反向恢复事件;
具体步骤如下:
第一步:下桥打开并在电感负载中建立电流;
第二步:一旦电流达到用户设置点,下桥MOSFET被关闭,迫使电流在DUT体二极管续流;
第三步:经过第一预设时间后,再开启下桥MOSFET第二预设时间,迫使DUT反向恢复;如果DUT失效发生,在这个第二预设时间脉冲期间,非常大的电流可能流过下桥MOSFET,通过下桥MOSFET的电压降检测到;如果在恢复脉冲结束时通过下桥MOSFET的VDS电压大于第一预设电压,锁存故障。
2.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,所述第一预设时间是9到11usec。
3.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,所述第一预设时间是10usec。
4.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,所述第二预设时间是5usec。
5.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,所述第一预设电压是2.5到3.5伏特。
6.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,所述第一预设电压是3伏特。
7.如权利要求1所述的MOSFET管dV/dt耐受能力测试方法,其特征在于,还包括:第四步:一旦检测到故障并锁定,锁定任何进一步的脉冲请求,直到清除故障;这是为了防止失效的DUT和下桥MOSFET的进一步损害;当DUT故障发生时,由于恢复脉冲的持续时间较短,它通常不会损坏下桥MOSFET;DUT模块内的杂散电感能将电流限制在400-500安培;但是,如果故障被清除而未移除失效DUT并再次脉冲测试,则下桥MOSFET将被损坏。
8.一种计算机设备,包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序,其特征在于,所述处理器执行所述程序时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,该程序被处理器执行时实现权利要求1到7任一项所述方法的步骤。
10.一种处理器,其特征在于,所述处理器用于运行程序,其中,所述程序运行时执行权利要求1到7任一项所述的方法。
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Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008003041A2 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Great Wall Semiconductor Corporation | Circuit and method of reducing body diode reverse recovery time of lateral power semiconduction devices |
CN102522725A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-06-27 | 北京自动测试技术研究所 | 用于集成电路测试系统的智能过流保护电路 |
CN203365628U (zh) * | 2013-05-24 | 2013-12-25 | 无锡商业职业技术学院 | Mos管参数测试的保护电路 |
CN103630791A (zh) * | 2012-08-24 | 2014-03-12 | 海洋王(东莞)照明科技有限公司 | 一种红外线控制电池短路测试装置 |
CN104240767A (zh) * | 2013-06-24 | 2014-12-24 | 中国科学院微电子研究所 | 针对电容结构和mos管结构的存储器件的参数测试方法 |
CN105676097A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-15 | 清华大学苏州汽车研究院(吴江) | 基于双脉冲测试的电机控制器mos管测试平台及方法 |
CN105974293A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-28 | 北京华峰测控技术有限公司 | 一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路及其测试方法 |
CN108777572A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-09 | 四川斐讯信息技术有限公司 | 一种半导体管保护电路及方法 |
CN110138367A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 东南大学 | 降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路 |
CN110149747A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 福建捷联电子有限公司 | 用电源适配器直接供电给led灯管的驱动电路及设计方法 |
-
2020
- 2020-06-22 CN CN202010575524.9A patent/CN111693841B/zh active Active
Patent Citations (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2008003041A2 (en) * | 2006-06-28 | 2008-01-03 | Great Wall Semiconductor Corporation | Circuit and method of reducing body diode reverse recovery time of lateral power semiconduction devices |
CN102522725A (zh) * | 2011-12-21 | 2012-06-27 | 北京自动测试技术研究所 | 用于集成电路测试系统的智能过流保护电路 |
CN103630791A (zh) * | 2012-08-24 | 2014-03-12 | 海洋王(东莞)照明科技有限公司 | 一种红外线控制电池短路测试装置 |
CN203365628U (zh) * | 2013-05-24 | 2013-12-25 | 无锡商业职业技术学院 | Mos管参数测试的保护电路 |
CN104240767A (zh) * | 2013-06-24 | 2014-12-24 | 中国科学院微电子研究所 | 针对电容结构和mos管结构的存储器件的参数测试方法 |
CN105676097A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-06-15 | 清华大学苏州汽车研究院(吴江) | 基于双脉冲测试的电机控制器mos管测试平台及方法 |
CN105974293A (zh) * | 2016-06-21 | 2016-09-28 | 北京华峰测控技术有限公司 | 一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路及其测试方法 |
CN108777572A (zh) * | 2018-05-28 | 2018-11-09 | 四川斐讯信息技术有限公司 | 一种半导体管保护电路及方法 |
CN110149747A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-08-20 | 福建捷联电子有限公司 | 用电源适配器直接供电给led灯管的驱动电路及设计方法 |
CN110138367A (zh) * | 2019-05-16 | 2019-08-16 | 东南大学 | 降低功率器件反向恢复电流的栅极驱动电路 |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
Integrated Low-Voltage Floating Power Supply in High-Voltage Technology for High dV/dt Applications;Stefano Ruzza;《IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS》;20110531;全文 * |
功率MOSFET雪崩能量及雪崩失效分析;刘松;《电子技术应用》;20160430;第42卷(第4期);全文 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN111693841A (zh) | 2020-09-22 |
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