CN112394228A - 一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路 - Google Patents

一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，所述测试电路包括：采样限幅模块，连接于氮化镓功率器件的漏、源两端，用于采样氮化镓功率器件关断时的漏源电压并限幅输出；输出选择模块，包括第一输出通路及第二输出通路，第一输出通路连接于采样限幅模块的输出端及地之间，第二输出通路连接于采样限幅模块的输出端及氮化镓功率器件的漏端；第一输出通路用于在氮化镓功率器件关断时将采样限幅模块输出的限幅电压分压后输出，第二输出通路用于在氮化镓功率器件导通时直接输出氮化镓功率器件的导通压降。通过本发明提供的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，解决了现有测试电路存在输出延时和采样精度不高的问题。

Description

一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路
技术领域
本发明属于集成电路设计领域，特别是涉及一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路。
背景技术
由于常规示波器的AD采样一般为8位(256)，而氮化镓功率器件在关断时其漏源两端电压通常为一高压，约400V左右，其在导通时漏源两端电压为一非常低的电压，通常低于1V；在采用常规示波器测量氮化镓功率器件的导通电阻时，示波器AD采样的最大精度为(400-1)/256＝1.56，这个误差是非常大的。
为了在常规示波器的AD采样精度下提高测量氮化镓功率器件导通电阻的精度，现有一般采用如图1所示的限幅电路来消减氮化镓功率器件在关断时的漏源两端电压，如将400V降低至10V，这样氮化镓功率器件导通时的压降就能非常精确地测量出来，以此实现氮化镓功率器件导通电阻的精确测量。但由于该电路中限流电阻R的阻值较大(约几百KΩ)，其会和二极管D1、D2的寄生电容形成RC延时，从而导致AB两端的采样电压有较大延时，并且在采样时间较短时还会影响采样精度。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，用以解决现有测试电路存在输出延时和采样精度不高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，所述测试电路包括：
采样限幅模块，连接于所述氮化镓功率器件的漏、源两端，用于采样所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压并限幅输出；
输出选择模块，包括第一输出通路及第二输出通路，所述第一输出通路连接于所述采样限幅模块的输出端及地之间，所述第二输出通路连接于所述采样限幅模块的输出端及所述氮化镓功率器件的漏端；所述第一输出通路用于在所述氮化镓功率器件关断时将所述采样限幅模块输出的限幅电压分压后输出，所述第二输出通路用于在所述氮化镓功率器件导通时直接输出所述氮化镓功率器件的导通压降。
可选地，所述采样限幅模块包括：采样变压器、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述采样变压器的第一原边连接端通过所述第一电阻连接于所述氮化镓功率器件的漏端，所述采样变压器的第二原边连接端连接于所述氮化镓功率器件的源端并接地，所述采样变压器的第一副边连接端连接于所述第二电阻的一端，所述采样变压器的第二副边连接端连接于所述第三电阻的一端并作为所述采样限幅模块的输出端，所述第二电阻的另一端连接于所述第三电阻的另一端并接地。
可选地，所述采样变压器的匝比与所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压呈正相关。
可选地，所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻满足如下关系：(R2+R3)*Nps2/(R1+(R2+R3)*Nps2)＝Nps*Vclamp_off/Vds_off；其中，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述第二电阻的阻值，R3为所述第三电阻的阻值，Vds_off为所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压，Vclamp_off为在所述氮化镓功率器件关断时所述采样限幅模块输出的限幅电压，Nps为所述采样变压器的匝比。
可选地，所述第一输出通路包括：N个稳压二极管、第四电阻及第五电阻，N个所述稳压二极管串联后的负端连接于所述第四电阻的一端及所述采样限幅模块的输出端，N个所述稳压二极管串联后的正端连接于所述第四电阻的另一端及所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，同时所述第五电阻的两端作为所述测试电路的两个测试点；其中，N为大于1的正数。
可选地，所述第二输出通路包括：一耗尽型NMOS管，所述耗尽型NMOS管的栅端连接于所述采样限幅模块的输出端，所述耗尽型NMOS管的漏端连接于所述氮化镓功率器件的漏端，所述耗尽型NMOS管的源端连接于所述第五电阻的一端。
可选地，所述稳压二极管的个数与所述耗尽型NMOS管的关断电压相关，二者满足如下关系：|Voff|≤N*Vz；其中，Voff为所述耗尽型NMOS管的关断电压，Vz为所述稳压二极管的导通压降，N为所述稳压二极管的个数。
可选地，所述耗尽型NMOS管漏、源两端的耐压值不小于所述氮化镓功率器件在关断时其漏端电压的1.2倍。
如上所述，本发明的一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，通过采样限幅模块及输出选择模块的设计，实现在所述氮化镓功率器件关断时，通过所述第一输出通路对所述采样限幅模块输出的限幅电压分压输出；在所述氮化镓功率器件导通时，通过所述第二输出通路直接输出所述氮化镓功率器件的导通压降，从而实现对所述氮化镓功率器件导通电阻的高精度无延时测试；本发明通过提供一种全新的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，解决了现有测试电路存在输出延时及采样精度不高的问题。
附图说明
图1显示为现有应用于氮化镓功率器件漏、源两端的限幅电路的结构示意图。
图2显示为本发明所述氮化镓功率器件导通电阻测试电路的结构示意图。
元件标号说明
100 采样限幅模块
200 输出选择模块
201 第一输出通路
202 第二输出通路
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
如图2所示，本实施例提供一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，所述测试电路包括：
采样限幅模块100，连接于所述氮化镓功率器件Qc的漏、源两端(Drain、Source)，用于采样所述氮化镓功率器件Qc关断时的漏源电压并限幅输出；
输出选择模块200，包括第一输出通路201及第二输出通路202，所述第一输出通路201连接于所述采样限幅模块100的输出端及地之间，所述第二输出通路202连接于所述采样限幅模块100的输出端及所述氮化镓功率器件Qc的漏端；所述第一输出通路201用于在所述氮化镓功率器件Qc关断时将所述采样限幅模块100输出的限幅电压分压后输出，所述第二输出通路202用于在所述氮化镓功率器件Qc导通时直接输出所述氮化镓功率器件Qc的导通压降，从而实现对所述氮化镓功率器件Qc导通电阻的高精度无延时测试。
作为示例，如图2所示，所述采样限幅模块100包括：采样变压器MC1、第一电阻R1、第二电阻R2及第三电阻R3，所述采样变压器MC1的第一原边连接端通过所述第一电阻R1连接于所述氮化镓功率器件Qc的漏端，所述采样变压器MC1的第二原边连接端连接于所述氮化镓功率器件Qc的源端并接地，所述采样变压器MC1的第一副边连接端连接于所述第二电阻R2的一端，所述采样变压器MC1的第二副边连接端连接于所述第三电阻R3的一端并作为所述采样限幅模块100的输出端，所述第二电阻R2的另一端连接于所述第三电阻R3的另一端并接地。
本示例利用所述采样变压器MC1及各电阻的分压设计，以在所述氮化镓功率器件Qc关断时将所述采样限幅模块100的输出限定在预设电压(如5V-20V)。其中，所述采样变压器MC1用于将其原边电压传递到副边；所述第一电阻R1用于在所述氮化镓功率器件Qc关断时(即所述氮化镓功率器件Qc的漏端为高压时)，能够使所述采样变压器MC1激磁正常工作，并与所述采样变压器MC1的原边等效电阻一起分压；所述第二电阻R2和所述第三电阻R3作为所述采样变压器MC1的副边阻抗，并且所述第二电阻R2与所述第三电阻R3一起分压所述采样变压器MC1的输出。
具体的，所述采样变压器MC1为小信号变压器，其匝比与所述氮化镓功率器件Qc关断时的漏源电压Vds_off呈正相关，即在所述氮化镓功率器件Qc关断时的漏源电压Vds_off很高时，增大所述采样变压器MC1的匝比，使所述采样变压器MC1的原边等效电阻变大，从而减小所述第一电阻R1两端的电压，以使所述采样变压器MC1的激磁电流稳定在一较小值。本示例中，默认所述采样变压器MC1的匝比为1:1。
具体的，所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻满足如下关系：(R2+R3)*Nps2/(R1+(R2+R3)*Nps2)＝Nps*Vclamp_off/Vds_off；其中，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述第二电阻的阻值，R3为所述第三电阻的阻值，Vds_off为所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压，Vclamp_off为在所述氮化镓功率器件关断时所述采样限幅模块输出的限幅电压，Nps为所述采样变压器的匝比。可选地，在所述氮化镓功率器件Qc关断时的漏源电压为400V、在所述氮化镓功率器件Qc关断时所述采样限幅模块100输出的限幅电压为20V且所述采样变压器MC1的匝比为1时，所述第一电阻的阻值为1Mohm，所述第二电阻和第三电阻的阻值和约为52.6Kohm。
作为示例，如图2所示，所述第一输出通路201包括：N个稳压二极管Z1-Zn、第四电阻R4及第五电阻R5，N个所述稳压二极管Z1-Zn串联后的负端连接于所述第四电阻R4的一端及所述采样限幅模块100的输出端，N个所述稳压二极管Z1-Zn串联后的正端连接于所述第四电阻R4的另一端及所述第五电阻R5的一端，所述第五电阻R5的另一端接地，同时所述第五电阻R5的两端作为所述测试电路的两个测试点(A、B)；其中，N为大于1的正数。所述第二输出通路202包括：一耗尽型NMOS管Q1，所述耗尽型NMOS管Q1的栅端连接于所述采样限幅模块100的输出端，所述耗尽型NMOS管Q1的漏端连接于所述氮化镓功率器件Qc的漏端，所述耗尽型NMOS管Q1的源端连接于所述第五电阻R5的一端。
具体的，所述稳压二极管的个数与所述耗尽型NMOS管Q1的关断电压相关，二者满足如下关系：|Voff|≤N*Vz；其中，Voff为所述耗尽型NMOS管Q1的关断电压，Vz为所述稳压二极管的导通压降，N为所述稳压二极管的个数；如所述耗尽型NMOS管Q1的关断电压Voff为-2V，而所述稳压二极管的导通压降一般为0.7V-0.9V，此时所述稳压二极管的个数N为3个。
具体的，所述第四电阻R4及所述第五电阻R5与N个所述稳压二极管Z1-Zn形成通电环路，其中所述第四电阻及所述第五电阻的阻值均默认为10Kohm。
具体的，所述耗尽型NMOS管Q1具有体内寄生二极管D1，其漏、源两端的耐压值根据所述氮化镓功率器件Qc的漏端最高电压来选择，一般不小于所述氮化镓功率器件Qc漏端最高电压的1.2倍，即不小于所述氮化镓功率器件Qc在关断时其漏端电压的1.2倍。
下面请参阅图2，对本实施例所述氮化镓功率器件导通电阻测试电路的工作原理进行说明。
在所述氮化镓功率器件Qc关断，其漏源电压为高压(如400V)时，所述采样变压器MC1的副边采样出小电压，使N个串联的稳压二极管Z1-Zn特性导通，此时所述耗尽型NMOS管Q1关断，测试点A、B两端电压为N个串联的稳压二极管Z1-Zn的压降和与第三电阻两端的电压之和。
在所述氮化镓功率器件Qc导通，其漏源电压为低压(如0.5V)时，存在的情况可能有两种：1、所述采样变压器MC1的激磁电流很小，所述采样变压器MC1不工作；2、所述采样变压器MC1正常工作，但其原边电压非常小；以上两种情况下，所述采样变压器MC1的副边电压为0或接近0，此时所述耗尽型NMOS管Q1因其栅、源两端电压也为0或接近0而导通，测试点A、B两端电压为所述氮化镓功率器件Qc的导通压降，从而实现对所述氮化镓功率器件Qc导通电阻的测试。
需要注意的是，在通过示波器对本实施例所述测试电路进行测试时，可直接将示波器的探针接于AB两个测试点即可。
综上所述，本发明的一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，通过采样限幅模块及输出选择模块的设计，实现在所述氮化镓功率器件关断时，通过所述第一输出通路对所述采样限幅模块输出的限幅电压分压输出；在所述氮化镓功率器件导通时，通过所述第二输出通路直接输出所述氮化镓功率器件的导通压降，从而实现对所述氮化镓功率器件导通电阻的高精度无延时测试；本发明通过提供一种全新的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，解决了现有测试电路存在输出延时及采样精度不高的问题。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述测试电路包括：
采样限幅模块，连接于所述氮化镓功率器件的漏、源两端，用于采样所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压并限幅输出；
输出选择模块，包括第一输出通路及第二输出通路，所述第一输出通路连接于所述采样限幅模块的输出端及地之间，所述第二输出通路连接于所述采样限幅模块的输出端及所述氮化镓功率器件的漏端；所述第一输出通路用于在所述氮化镓功率器件关断时将所述采样限幅模块输出的限幅电压分压后输出，所述第二输出通路用于在所述氮化镓功率器件导通时直接输出所述氮化镓功率器件的导通压降。
2.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述采样限幅模块包括：采样变压器、第一电阻、第二电阻及第三电阻，所述采样变压器的第一原边连接端通过所述第一电阻连接于所述氮化镓功率器件的漏端，所述采样变压器的第二原边连接端连接于所述氮化镓功率器件的源端并接地，所述采样变压器的第一副边连接端连接于所述第二电阻的一端，所述采样变压器的第二副边连接端连接于所述第三电阻的一端并作为所述采样限幅模块的输出端，所述第二电阻的另一端连接于所述第三电阻的另一端并接地。
3.根据权利要求2所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述采样变压器的匝比与所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压呈正相关。
4.根据权利要求2所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述第一电阻、所述第二电阻及所述第三电阻满足如下关系：(R2+R3)*Nps2/(R1+(R2+R3)*Nps2)＝Nps*Vclamp_off/Vds_off；其中，R1为所述第一电阻的阻值，R2为所述第二电阻的阻值，R3为所述第三电阻的阻值，Vds_off为所述氮化镓功率器件关断时的漏源电压，Vclamp_off为在所述氮化镓功率器件关断时所述采样限幅模块输出的限幅电压，Nps为所述采样变压器的匝比。
5.根据权利要求1所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述第一输出通路包括：N个稳压二极管、第四电阻及第五电阻，N个所述稳压二极管串联后的负端连接于所述第四电阻的一端及所述采样限幅模块的输出端，N个所述稳压二极管串联后的正端连接于所述第四电阻的另一端及所述第五电阻的一端，所述第五电阻的另一端接地，同时所述第五电阻的两端作为所述测试电路的两个测试点；其中，N为大于1的正数。
6.根据权利要求5所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述第二输出通路包括：一耗尽型NMOS管，所述耗尽型NMOS管的栅端连接于所述采样限幅模块的输出端，所述耗尽型NMOS管的漏端连接于所述氮化镓功率器件的漏端，所述耗尽型NMOS管的源端连接于所述第五电阻的一端。
7.根据权利要求6所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述稳压二极管的个数与所述耗尽型NMOS管的关断电压相关，二者满足如下关系：|Voff|≤N*Vz；其中，Voff为所述耗尽型NMOS管的关断电压，Vz为所述稳压二极管的导通压降，N为所述稳压二极管的个数。
8.根据权利要求6所述的氮化镓功率器件导通电阻测试电路，其特征在于，所述耗尽型NMOS管漏、源两端的耐压值不小于所述氮化镓功率器件在关断时其漏端电压的1.2倍。
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