CN114035011A - 一种高功率器件栅电荷提取测试方法 - Google Patents

一种高功率器件栅电荷提取测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种高功率器件栅电荷提取测试方法，包括：将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，在输出特性曲线ID‑VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2；分别获取输入电容CISS随VGS、VDS的变化曲线CISS‑VGS、CISS‑VDS以及米勒电容CRSS随VGS、VDS的变化曲线CRSS‑VGS、CRSS‑VDS；选取曲线CISS‑VGS，计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS和Q’GS，选取曲线CRSS‑VGS和CRSS‑VDS，计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD；将QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS‑QG。本发明能够避免对设备的高功率要求，同时还减小了由于器件发热而导致的数据误差，具有很好的应用价值。

Description

一种高功率器件栅电荷提取测试方法
技术领域
本发明涉及功率器件技术领域，尤其是指一种高功率器件栅电荷提取测试方法。
背景技术
传统的对功率器件的测试电路如图1所示，栅极输入脉冲，负载电阻调节漏电流，示波器探头分别监控栅极(VGS)和漏极电压(VDS)随时间的关系，由Q＝I*t得到各部分电荷量。但是这种测试方法存在以下缺点：1)当漏-源电压很高时，栅极达到开启电压值所需的时间极短，此时漏端的瞬时功率密度极高，这就要求了直流电源要有很高的功率输出；2)为满足不同的测试电流，该电路需要频繁的更换负载电阻RL，操作步骤繁琐且引进了额外的寄生参数；3)器件处于高功率区时会存在严重的自热效应，该效应会影响器件的输出特性从而引起实验误差。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种高功率器件栅电荷提取测试方法，能够避免对设备的高功率要求，同时还减小了由于器件发热而导致的数据误差。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种高功率器件栅电荷提取测试方法，包括：
将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2；
分别获取输入电容CISS随VGS、VDS的变化曲线CISS-VGS、CISS-VDS以及米勒电容CRSS随VGS、VDS的变化曲线CRSS-VGS、CRSS-VDS，其中测试频率为1MHZ，输入的VGS的范围为0-VGDR，VGDR为驱动电压，VDS的范围为0-VDD；
选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS和Q’GS，选取所述曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD；
将所述QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG。
在本发明的一个实施例中，在所述高电压小电流条件下，其电压VDS选该条件下的电压范围的最大值。
在本发明的一个实施例中，在所述高电流小电压条件下，其电流ID选该条件下的电流范围的最大值。
在本发明的一个实施例中，在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2包括：
在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的电流值ID1和ID2，并在输出特性曲线ID-VDS的恒流区找到该电流值对应的曲线，读出对应的栅极电压VGS并定义为VGP1和VGP2。
在本发明的一个实施例中，选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS：
Figure BDA0003285332340000031
式中，QGS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压。
在本发明的一个实施例中，选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS：
Figure BDA0003285332340000032
式中，Q’GS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，VGDR为驱动电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压。
在本发明的一个实施例中，选取所述曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD包括：
运用如下的计算公式计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD：
Figure BDA0003285332340000033
式中，QGD表示米勒电荷，VGP表示米勒平台电压，CRSS表示米勒电容，VDD表示漏源电压。
在本发明的一个实施例中，所述米勒平台电压VGP在高电流小电压条件下选取VGP1。
在本发明的一个实施例中，所述米勒平台电压VGP在高电压小电流条件下选取VGP2。
在本发明的一个实施例中，将所述QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG包括：
总栅电荷QG的计算公式如下：
QG＝QGS+QGD+Q'GS
式中，QGS表示栅源电荷，QGD表示米勒电荷，Q’GS表示栅源电荷。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明首先将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，然后求出两种条件下的栅源电荷和米勒电荷，并将其进行拼接得到高功率条件下的栅电荷特性曲线，能够避免对设备的高功率要求，同时还减小了由于器件发热而导致的数据误差，具有很好的应用价值。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1是传统测试电路的原理示意图。
图2是本发明提取栅极电压的示意图。
图3是本发明拼接得到的高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG的示意图。
图4是传统方法和本发明提供的方法的测试结果的对比示意图。
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。
本发明实施例提供一种高功率器件栅电荷提取测试方法，包括如下步骤：
S100：将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2。
示例地，在高电压小电流条件下，其电压VDS选该条件下的电压范围的最大值，例如最大值VDD；在高电流小电压条件下，其电流ID选该条件下的电流范围的最大值。
示例地，在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的电流值ID1和ID2，并在输出特性曲线ID-VDS的恒流区找到该电流值对应的曲线，读出对应的栅极电压VGS并定义为VGP1和VGP2，提取方法如图2所示。
S200：分别获取输入电容CISS随VGS、VDS的变化曲线CISS-VGS、CISS-VDS以及米勒电容CRSS随VGS、VDS的变化曲线CRSS-VGS、CRSS-VDS，其中测试频率为1MHZ，输入的VGS的范围为0-VGDR，VGDR为驱动电压，VDS的范围为0-VDD。
S300：选取曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS和Q’GS，选取所述曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD。
S400：将所述QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG如图3所示。
其中，在步骤S300中，选取曲线CISS-VGS，计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS，对应于图3的QGS1和QGS2：
Figure BDA0003285332340000061
式中，QGS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压，其中，米勒平台电压VGP在高电流小电压条件下选取VGP1，米勒平台电压VGP在高电压小电流条件下选取VGP2。
其中，在步骤S300中，选取曲线CISS-VGS，计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS，对应于图3的Q’GS1和Q’GS2：
Figure BDA0003285332340000062
式中，Q’GS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，VGDR为驱动电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压，其中，米勒平台电压VGP在高电流小电压条件下选取VGP1，米勒平台电压VGP在高电压小电流条件下选取VGP2。
其中，在步骤S300中，选取曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD包括：
运用如下的计算公式计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD，对应于图3的QGD1和QGD2：
Figure BDA0003285332340000063
式中，QGD表示米勒电荷，VGP表示米勒平台电压，CRSS表示米勒电容，VDD表示漏源电压，其中，米勒平台电压VGP在高电流小电压条件下选取VGP1，米勒平台电压VGP在高电压小电流条件下选取VGP2。
其中，在步骤S400中，总栅电荷QG的计算公式如下：
QG＝QGS+QGD+Q'GS
式中，QGS表示栅源电荷，QGD表示米勒电荷，Q’GS表示栅源电荷。
请参阅图4所示，图中矩形对应的曲线是器件规格书上的参考值，三角形对应的曲线是采用传统方法得到的测试结果，圆形对应的曲线是采用本发明提供的方法得到的测试结果，从图中能够得出，圆形对应的曲线与形对应的曲线基本重合，其表明采用本发明提供的方法得到的测试结果的准确度是非常高的。
本发明首先将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，然后求出两种条件下的栅源电荷和米勒电荷，并将其进行拼接得到高功率条件下的栅电荷特性曲线，能够避免对设备的高功率要求，同时还减小了由于器件发热而导致的数据误差，具有很好的应用价值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于，包括：
将高功率测试条件划分成高电流小电压条件和高电压小电流条件，在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2；
分别获取输入电容CISS随VGS、VDS的变化曲线CISS-VGS、CISS-VDS以及米勒电容CRSS随VGS、VDS的变化曲线CRSS-VGS、CRSS-VDS，其中测试频率为1MHZ，输入的VGS的范围为0-VGDR，VGDR为驱动电压，VDS的范围为0-VDD；
选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS和Q’GS，选取所述曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD；
将所述QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG。
2.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：在所述高电压小电流条件下，其电压VDS选该条件下的电压范围的最大值。
3.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：在所述高电流小电压条件下，其电流ID选该条件下的电流范围的最大值。
4.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的栅极电压VGP1和VGP2包括：
在输出特性曲线ID-VDS上提取出高电流小电压条件和高电压小电流条件下的漏电流对应的电流值ID1和ID2，并在输出特性曲线ID-VDS的恒流区找到该电流值对应的曲线，读出对应的栅极电压VGS并定义为VGP1和VGP2。
5.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGS：
Figure FDA0003285332330000021
式中，QGS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压。
6.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：选取所述曲线CISS-VGS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS包括：
运用如下的计算公式计算得到高电流小电压条件和高电压小电流条件下的Q’GS：
Figure FDA0003285332330000022
式中，Q’GS表示栅源电荷，VGP为米勒平台电压，VGDR为驱动电压，CISS为输入电容，VGS表示栅极电压。
7.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：选取所述曲线CRSS-VGS和CRSS-VDS，计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD包括：
运用如下的计算公式计算得到所述高电流小电压条件和高电压小电流条件下的QGD：
Figure FDA0003285332330000031
式中，QGD表示米勒电荷，VGP表示米勒平台电压，CRSS表示米勒电容，VDD表示漏源电压。
8.根据权利要求5、6和7中任意一项所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：所述米勒平台电压VGP在高电流小电压条件下选取VGP1。
9.根据权利要求5、6和7中任意一项所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：所述米勒平台电压VGP在高电压小电流条件下选取VGP2。
10.根据权利要求1所述的一种高功率器件栅电荷提取测试方法，其特征在于：将所述QGS、Q’GS和QGD进行拼接，得到高功率条件下的栅电荷特性曲线VGS-QG包括：
总栅电荷QG的计算公式如下：
QG＝QGS+QGD+Q'GS
式中，QGS表示栅源电荷，QGD表示米勒电荷，Q’GS表示栅源电荷。
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