CN114264937A - 一种半导体器件测试电路及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种半导体器件测试电路及系统，涉及半导体技术领域，通过结合反激电路和能量回馈，将半导体器件测试电路的副边电路接至原边电路，实现应力和电流等多种开关测试，不仅可以有效降低测试电路功耗，还可以最大限度的模拟实际反激适配器的工况，而且又可以进行多维度加速测试，从而以低功耗、高灵活性测试原边待测开关元件和副边待测晶体管。在副边电路连接至原边电路实现能量回馈的基础上，还可以使得原边电路和副边电路共地，无需隔离电源和隔离驱动，有效简化电路设计和系统复杂度。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种半导体器件测试电路及系统。
背景技术
近年来，采用氮化镓功率晶体管的手机快充适配器市场需求越来越大，基于反激电路的氮化镓适配器更是得到广泛应用，反激电路结构简单、成本较低，但是对氮化镓器件的高压应力提出了挑战，为了保证应用的可靠性，需要对氮化镓器件进行高压应力等老化测试。
传统的反激适配器老化测试使用市电/交流源和实际负载，需要负载设备多、老化功耗大、批量测试系统复杂庞大，器件失效时还可能损坏其他器件，不利于器件大批量测试筛选。
发明内容
本申请的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种半导体器件测试电路及系统，以解决传统的反激适配器老化测试时，所需要的负载设备多、老化功耗大、批量测试系统复杂庞大，器件失效时还可能损坏其他器件，不利于器件大批量测试筛选的问题。
为实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
本申请实施例的一方面，提供一种半导体器件测试电路，包括：原边电路，原边电路包括串联的原边绕组和原边待测开关元件，原边电路的两端用于连接测试电源以形成回路，原边待测开关元件用于根据PWM信号导通或截止；副边电路，副边电路包括串联的副边绕组和副边待测晶体管，原边绕组和副边绕组形成反激变压器，原边电路和副边电路并联且接地。
本申请实施例的另一方面，提供一种半导体器件测试系统，包括测试电源、信号线以及多个上述任一种的半导体器件测试电路，多个半导体器件测试电路的原边电路均连接至测试电源，且多个半导体器件测试电路相互并联，多个半导体器件测试电路的原边待测开关元件均与信号线连接以由信号线控制多个半导体器件测试电路的原边待测开关元件的开或关。
本申请的有益效果包括：
通过结合反激电路和能量回馈，将半导体器件测试电路的副边电路接至原边电路，等效于储能+能馈的双脉冲电路，实现应力和电流等多种开关测试，不仅可以有效降低测试电路功耗，还可以最大限度的模拟实际反激适配器的工况，而且又可以进行多维度加速测试，从而以低功耗、高灵活性测试原边待测开关元件和副边待测晶体管。
在副边电路连接至原边电路实现能量回馈的基础上，还可以使得原边电路和副边电路共地，无需隔离电源和隔离驱动，有效简化电路设计和系统复杂度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的一种半导体器件测试电路的原理示意图；
图2为本申请实施例提供的另一种半导体器件测试电路的原理示意图；
图3为本申请实施例提供的又一种半导体器件测试电路的原理示意图；
图4为本申请实施例提供的再一种半导体器件测试电路的原理示意图；
图5为本申请实施例提供的一种半导体器件测试系统的原理示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
应当理解，虽然术语第一、第二等可以在本文中用于描述各种元件，但是这些元件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于区域分一个元件与另一个元件。例如，在不脱离本公开的范围的情况下，第一元件可称为第二元件，并且类似地，第二元件可称为第一元件。如本文所使用，术语“和/或”包括相关联的所列项中的一个或多个的任何和所有组合。
应当理解，当一个元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件上”或“延伸到另一个元件上”时，其可以直接在另一个元件上或直接延伸到另一个元件上，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件上”或“直接延伸到另一个元件上”时，不存在介于中间的元件。同样，应当理解，当元件(诸如层、区域或衬底)被称为“在另一个元件之上”或“在另一个元件之上延伸”时，其可以直接在另一个元件之上或直接在另一个元件之上延伸，或者也可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接在另一个元件之上”或“直接在另一个元件之上延伸”时，不存在介于中间的元件。还应当理解，当一个元件被称为“连接”或“耦接”到另一个元件时，其可以直接连接或耦接到另一个元件，或者可以存在介于中间的元件。相反，当一个元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，不存在介于中间的元件。
除非另外定义，否则本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)的含义与本公开所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。还应当理解，本文所使用的术语应解释为含义与它们在本说明书和相关领域的情况下的含义一致，而不能以理想化或者过度正式的意义进行解释，除非本文中已明确这样定义。
本申请实施例的一方面，提供一种半导体器件测试电路，如图1和图2所示，包括：原边电路，原边电路包括串联的原边绕组和原边待测开关元件，原边电路的两端用于连接测试电源Vin以形成回路，原边待测开关元件用于根据PWM信号导通或截止；副边电路，副边电路包括串联的副边绕组和副边待测晶体管，原边绕组和副边绕组形成反激变压器T，原边电路和副边电路并联且接地。
通过结合反激电路和能量回馈，将半导体器件测试电路的副边电路接至原边电路，等效于储能+能馈的双脉冲电路，实现应力和电流等多种开关测试，不仅可以有效降低测试电路功耗，还可以最大限度的模拟实际反激适配器的工况，而且又可以进行多维度加速测试，从而以低功耗、高灵活性测试原边待测开关元件和副边待测晶体管。
应当理解的是，对于原边待测开关元件来讲，通过原边电路能够实现原边待测开关元件的感性电力应力测试和反激变压器漏感导致的关断电压尖峰应力测试；对于副边待测晶体管来讲，通过副边电路可以测试副边待测晶体管的开关特性。此外，在副边电路连接至原边电路实现能量回馈的基础上，还可以使得原边电路和副边电路共地，无需隔离电源和隔离驱动，有效简化电路设计和系统复杂度。
在一些实施方式中，如图1或图2所示，原边绕组包括同名端和非同名端，其中，原边绕组的非同名端和原边待测开关元件的漏极连接，以此使得原边绕组和原边待测开关元件串联。原边绕组的同名端和测试电源的正极连接，原边待测开关元件的源极和测试电源的负极连接，以此使得原边电路连接测试电源形成回路。将原边待测开关元件的源极接地，实现原边电路的接地。副边电路的一端和原边绕组的同名端连接，副边电路的另一端和原边待测开关元件的源极连接，实现原边电路和副边电路并联且接地。
在一些实施方式中，如图1所示，副边待测晶体管为二极管DH，二极管DH的负极和原边绕组的同名端连接，二极管DH的正极和副边绕组的非同名端连接，副边绕组的同名端和原边待测开关元件QL的源极连接并接地，如此，能够通过二极管DH实现不控整流，从而评估测试二极管DH的开关特性。在实际测试时，可以向原边待测开关元件QL输入PWM信号，使得原边待测开关元件QL能够根据PWM信号周期性的导通和截止。当原边待测开关元件QL导通的情况下，原边电路导通，原边绕组进行储能，此时，副边电路中由于二极管DH的反向截止，因此，副边电路不通；当原边待测开关元件QL断开的情况下，原边电路断开，原边绕组释能，通过副边绕组接收能量，且此时副边电路中二极管DH正向导通，因此，副边电路导通。由此，可以实现原边待测开关元件QL的感性电力应力测试和反激变压器T漏感导致的关断电压尖峰应力测试以及二极管DH的开关特性测试。
在一些实施方式中，二极管DH可以是Si二极管，上述半导体器件测试电路的副边电路可以通过Si二极管实现不控整流，进而评估Si二极管的开关特性。
在一些实施方式中，二极管DH可以是SiC二极管，上述半导体器件测试电路的副边电路可以通过SiC二极管实现不控整流，进而评估SiC二极管的开关特性。
在一些实施方式中，如图2所示，副边待测晶体管为副边待测开关元件Qs，副边待测开关元件Qs的漏极和副边绕组的同名端连接，以此使得副边待测开关元件Qs和副边绕组串联。副边待测开关元件Qs的源极和原边待测开关元件Qp的源极连接且接地，以此将副边待测开关元件Qs串入副边电路中，进而评估测试副边待测开关元件Qs用于同步整流的开关特性。在实际测试时，可以分别向原边待测开关元件Qp和副边待测开关元件Qs输入PWM信号，使得原边待测开关元件Qp和副边待测开关元件Qs都能够根据PWM信号周期性的导通和截止。例如：原边待测开关元件Qp和副边待测开关元件Qs的PWM信号可以是互补并加入一定的死区时间，也可以是由同步整流控制器控制副边待测开关元件Qs的开关。
在一些实施方式中，输入原边待测开关元件Qp和副边待测开关元件Qs的PWM信号，可以来自于同一信号线；在一些实施方式中，输入原边待测开关元件Qp和副边待测开关元件Qs的PWM信号，可以分别来自于不同信号线。
在一些实施方式中，原边待测开关元件可以是具有源漏栅的开关晶体管，例如场效应管、晶闸管等。在一些实施方式中，副边待测开关元件也可以是具有源漏栅的开关晶体管，例如场效应管、晶闸管等。在一些实施方式中，原边待测开关元件和副边待测开关元件可以是氮化镓器件。
在一些实施方式中，如图3所示，原边电路还包括RCD吸收电路，RCD吸收电路可以由电阻、吸收电容和吸收二极管组成。将RCD吸收电路与原边绕组并联后与原边待测开关元件串联，如此，能够利用RCD吸收电路减少对于反激变压器漏感导致的关断电压尖峰。同时，也能够对原边待测开关元件在RCD吸收电路中的开关特性、可靠性等指标进行评估测试。
在一些实施方式中，如图4所示，原边电路还包括有源箝位吸收电路(为便于描述，以下称为AC吸收电路)，AC吸收电路与原边绕组并联后与原边待测开关元件串联，如此，也能够利用AC吸收电路减少对于反激变压器漏感导致的关断电压尖峰。同时，也能够对原边待测开关元件在AC吸收电路中的开关特性、可靠性等指标进行评估测试。
在一些实施方式中，半导体器件测试电路还可以包括电容，电容分别与原边电路和副边电路并联，以此通过电容可以提供功率回路的高频电流，减小直流母线的高频纹波。
本申请实施例的另一方面，提供一种半导体器件测试系统，如图5所示，包括测试电源、信号线以及多个上述任一种的半导体器件测试电路，多个半导体器件测试电路的原边电路均连接至测试电源，且多个半导体器件测试电路相互并联，多个半导体器件测试电路的原边待测开关元件均与信号线连接以由信号线控制多个半导体器件测试电路的原边待测开关元件的开或关。
在将多个半导体器件测试电路分别连接至同一测试电源、多个原边待测开关元件的驱动器分别与信号线连接后，便可以对原边待测开关元件和副边待测晶体管进行批量测试，基于每一个半导体器件测试电路均结合了反激电路和能量回馈，因此，不仅可以有效降低测试系统的整体功耗，还可以最大限度的模拟实际反激适配器的工况，而且又可以进行多维度加速测试，从而以低功耗、高灵活性测试半导体器件。
在一些实施方式中，向原边待测开关元件的驱动器输入的驱动信号可以使用实际反激适配器的控制器PWM信号，最大限度模拟实际反激适配器的工况。在一些实施方式中，向原边待测开关元件的驱动器输入的驱动信号也可以使用信号发生器产生的PWM信号，如此，便于在实际反激适配器的工况外拓展开关频率、占空比、电压应力、电流应力、温度等维度的加速测试。
在一些实施方式中，如图5所示，在测试电源的正极和每个半导体器件测试电路的原边电路之间还串联有熔断器，从而能够有效提高每个半导体器件测试电路的独立性，在某个半导体器件测试电路的原边待测开关元件失效时不影响其他半导体器件测试电路的老化测试。
在一些实施方式中，如图5所示，测试电源为直流母线，信号线用于向每一个半导体器件测试电路中的原边待测开关元件输入驱动信号，也即PWM信号。在实际连接时，第一个半导体器件测试电路中包括熔断器Fin-1、电容Cin-1、反激变压器T1、二极管DH-1和QL-1，第二个半导体器件测试电路中包括熔断器Fin-2、电容Cin-2、反激变压器T2、二极管DH-2和QL-2······第n个半导体器件测试电路中包括熔断器Fin-n、电容Cin-n、反激变压器Tn、二极管DH-n和QL-n，将每一个半导体器件测试电路的原边电路的两端分别连接至直流母线上，以形成回路，同时，将每一个半导体器件测试电路的原边待测开关元件与信号线连接。应当理解的是，由于熔断器的设置，每一个半导体器件测试电路均各自独立。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种半导体器件测试电路，其特征在于，包括：
原边电路，所述原边电路包括串联的原边绕组和原边待测开关元件，所述原边电路的两端用于连接测试电源以形成回路，所述原边待测开关元件用于根据PWM信号导通或截止；
副边电路，所述副边电路包括串联的副边绕组和副边待测晶体管，所述原边绕组和所述副边绕组形成反激变压器，所述原边电路和所述副边电路并联且接地。
2.如权利要求1所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述原边绕组的同名端和所述测试电源的正极连接，所述原边绕组的非同名端和所述原边待测开关元件的漏极连接；所述原边待测开关元件的源极和所述测试电源的负极连接且接地；所述副边电路的一端和所述原边绕组的同名端连接，所述副边电路的另一端和所述原边待测开关元件的源极连接且接地。
3.如权利要求2所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述副边待测晶体管为二极管，所述二极管的负极和所述原边绕组的同名端连接，所述二极管的正极和所述副边绕组的非同名端连接。
4.如权利要求3所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述二极管为Si二极管或SiC二极管。
5.如权利要求2所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述副边待测晶体管为副边待测开关元件，所述副边待测开关元件的漏极和所述副边绕组的同名端连接，所述副边待测开关元件的源极和所述原边待测开关元件的源极连接且接地，所述副边待测开关元件用于根据PWM信号导通或截止。
6.如权利要求1至5任一项所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述原边电路还包括RCD吸收电路，所述RCD吸收电路与所述原边绕组并联后与所述原边待测开关元件串联。
7.如权利要求1至5任一项所述的半导体器件测试电路，其特征在于，所述原边电路还包括有源箝位吸收电路，所述有源箝位吸收电路与所述原边绕组并联后与所述原边待测开关元件串联。
8.如权利要求1所述的半导体器件测试电路，其特征在于，还包括电容，所述电容分别与所述原边电路和所述副边电路并联。
9.一种半导体器件测试系统，其特征在于，包括测试电源、信号线以及多个如权利要求1至8任一项所述的半导体器件测试电路，多个所述半导体器件测试电路的原边电路均连接至测试电源，且多个所述半导体器件测试电路相互并联，多个所述半导体器件测试电路的原边待测开关元件均与所述信号线连接。
10.如权利要求9所述的半导体器件测试系统，其特征在于，在所述测试电源的正极和每个所述半导体器件测试电路的原边电路之间还串联有熔断器。
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| WO2024103853A1 (zh) * | 2022-11-16 | 2024-05-23 | 湖南三安半导体有限责任公司 | 功率器件驱动电路、半导体器件测试电路及系统 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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