CN115290945B - 功率循环测试用高精度测试电流源及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种测试电流源及方法，尤其是一种功率循环测试用高精度测试电流源及方法。按照本发明提供的技术方案，功率循环测试用高精度测试电流源，开关电源，用于提供所需的直流电压；线性调整电路，与开关电源以及待测样品单元适配连接，以构成功率循环测试回路；其中，对开关电源所提供的直流电压进行线性调节，以在线性调节后，生成功率循环测试所需的测试电流。本发明能有效适应于功率循环测试，电流输出精度高、纹波低以及输出可调范围大，体积小，发热量低，有利于功率循环测试系统的集成。

Description

功率循环测试用高精度测试电流源及方法
技术领域
本发明涉及一种测试电流源及方法，尤其是一种功率循环测试用高精度测试电流源及方法。
背景技术
功率循环试验的原理如图1所示，图中，DUT1、DUT2、DUTn为待测样品，IH为加热电流源，IM为测试电流源，S1为控制加热电流源IH通断的开关，VG1、VG2、VGn分别为样品栅极驱动电压源。
试验时，首先控制待测样品相应的栅极驱动电压源输出高电压（大于待测样品的阈值电压），以控制所有的待测样品导通。待测样品导通后，控制开关S1导通，加热电流源IH所提供的加热电流流过待测样品，在加热电流作用下，待测样品上产生热量，以使得待测样品的结温升高。经过一段时间后，再控制开关S1关断，此时，停止加热电流源IH的加热电流流过待测样品，待测样品停止加热，前一阶段产生的热量通过外部散热环境散出，结温下降。
控制开关S1循环的开通与关断，通过合理设置外部散热条件，以使得待测样品的结温在确定的范围内波动，经过长时间的试验，待测样品的键合线会产生老化并最终断裂导致待测样品失效，上述的测试过程即为功率循环测试。
功率循环试验中，待测样品的结温曲线如图2所示，t0~t1期间，加热电流IH流过待测样品，此时，待测样品处于加热阶段，待测样品的结温从最小结温（记为Tvjmin）上升到最大结温（记为Tvjmax），结温差值记为∆Tvj，该段时间为加热时间，记为ton。随后t1~t2期间，停止加热电流源IH的加热电流加载，此时，待测样品处于冷却状态，待测样品的结温由Tvjmax下降到Tvjmin，该段时间为冷却时间，记为toff。功率循环测试时，要保证待测样品的结温参数Tvjmin、Tvjmax以及∆Tvj均在设定值的条件下进行。
功率循环测试利用电学法实现对待测样品的结温测量，当PN结流过较小的电流（通常小于额定电流的1/1000，该电流不引起样品发热）时，其两端压降与结温成线性对应关系，称为K系数对应关系，如图3所示。
当关断加热电流源IH的加热电流时，待测样品上只有测试电流源IM提供的测试电流通过，此时，通过测量待测样品两端压降，利用K系数换算即可得到待测样品在冷却阶段的结温。
目前，测试电流源设计中普遍采用以下两种方案：
1）、开关电源方案，该方案优点是效率高，容易实现大电流输出；缺点是电流精度较低，电流纹波大，难以满足功率循环系统对于结温测量的高精度要求。
2）、线性电源方案，该方案优点是电流纹波低，精度高；缺点是电源效率低，难以实现大电流输出，而且电源体积普遍很大，不利于测试系统集成。特别地，当一次测试中存在的待测样品数量较多时，要求测试电流源的数量更多时，线性电源体积大。此外，发热量大的缺点，制约了其在功率循环测试系统中的应用。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种功率循环测试用高精度测试电流源及方法，其能有效适应于功率循环测试，电流输出精度高、纹波低以及输出可调范围大，体积小，发热量低，有利于功率循环测试系统的集成。
按照本发明提供的技术方案，功率循环测试用高精度测试电流源，
开关电源，用于提供所需的直流电压；
线性调整电路，与开关电源以及待测样品单元适配连接，以构成功率循环测试回路；其中，对开关电源所提供的直流电压进行线性调节，以在线性调节后，生成功率循环测试所需的测试电流。
对开关电源所提供的直流电压，线性调整电路基于电流基准信号Iref以及功率循环测试时经电流采样获取的电流采样信号Ifb进行线性调节，以生成所需高精度低纹波的测试电流。
所述线性调整电路包括用于线性调节的功率管单元以及用于控制所述功率管单元工作状态的反馈控制部，其中，
反馈控制部包括用于获取电流采样信号Ifb的电流采样单元以及用于线性处理的反馈线性调节处理单元U1；
反馈线性调节处理单元U1基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb控制功率管单元的导通状态，以基于功率管单元的导通状态对开关电源提供的直流电压线性调节。
所述功率管单元包括与开关电源所提供直流电压适配的功率管PMOS，其中，
功率管PMOS的源极端与开关电源的正输出端连接，功率管PMOS的漏极端与待测样品单元适配连接，所述待测样品单元通过电流采样单元内的四线制低温漂电流采样电阻Shunt接地；
线性调节时，反馈线性调节处理单元U1控制功率管PMOS处于线性工作区；
电流采样单元还包括与四线制低温漂电流采样电阻Shunt适配连接的电流采样运算放大电路U4，通过电流采样运算放大电路U4向反馈线性调节处理单元U1加载相应的电流采样信号Ifb。
所述反馈控制部还包括用于获取测试时加载到待测样品单元两端电压的电压信号采样单元，所述电压信号采样单元与反馈线性调节处理单元U1适配连接，其中，
反馈线性调节处理单元U1将电压信号采样单元所采样获取的电压采样信号Vfb与一预设的电压限制信号Vlimit比较；
电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，反馈线性调节处理单元U1通过功率管PMOS使得加载到待测样品单元两端的电压恒定。
所述电流采样运算放大电路U4包括运算放大器U8、运算放大器U9以及运算放大器U10，其中，
运算放大器U8的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的一采样端连接，运算放大器U8的反相端与所述运算放大器U8的输出端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U10的同相端连接，电阻R10的另一端接地；
运算放大器U9的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的另一采样端连接，运算放大器U9的反相端与所述运算放大器U9的输出端以及电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与运算放大器U10的反相端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U10的输出端连接，运算放大器U10的输出端与反馈线性调节处理单元U1，以向反馈线性调节处理单元U1加载电流采样信号Ifb。
所述电压信号采样单元包括运算放大器U5、运算放大器U6以及运算放大器U7，其中，
运算放大器U5的同相端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端与待测样品单元的一端连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U5的反相端与所述运算放大器U5的输出端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U7的同相端以及电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地；
运算放大器U6的同相端与电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与待测样品单元的另一端连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器U6的反相端与所述运算放大器U6的输出端以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与运算放大器U7的反相端以及电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器U7的输出端连接，运算放大器U7的输出端与反馈线性调节处理单元U1连接，以向反馈线性调节处理单元U1加载电压采样信号Vfb。
所述反馈线性调节处理单元U1包括用于对电流基准信号Iref滤波跟随的电流基准滤波跟随环节、用于电压比较限制的电压比较限制环节以及用于反馈控制调节的反馈控制调节环节，电流基准滤波跟随环节、电压比较限制环节与反馈控制调节环节适配连接，其中，
电流基准滤波跟随环节用于向反馈控制调节环节提供一反馈控制调节基准；
电压比较限制环节用于对电压采样信号Vfb与电压限制信号Vlimit比较，电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，则电压比较限制环节拉低电流基准滤波跟随环节向反馈控制调节环节提供的反馈控制调节基准；
反馈控制调节环节根据反馈控制调节基准与电流采样信号Ifb产生用于控制功率管PMOS导通状态的线性调节控制信号。
在反馈控制调节环境内配置反馈调节模式环节，其中，
所配置的反馈调节模式环节包括低带宽调节模式以及高带宽调节模式，在功率循环测试时，选择低带宽调节模式或高带宽调节模式。
对任一待测样品单元，与上述所述的测试电流源构成功率循环测试回路，其中，
利用所构成功率循环测试回路的测试电流源提供测试电流，以进行所需的功率循环测试。
本发明的优点：利用开关电源输出直流电压，对开关电源所提供的直流电压，线性调整电路基于电流基准信号Iref以及功率循环测试时经电流采样获取的电流采样信号Ifb对功率管PMOS进行线性调节，以生成所需高精度低纹波的测试电流；既可利用开关电源的效率高、体积小，且能实现大电流输出的特点，在利用线性调整电路调节后，在满足对待测样品单元功率循环测试的需求下，又能使得整个电流源体积小、效率高，发热量，有利于与功率循环测试系统的集成。
附图说明
图1为现有功率器件的功率循环测试的原理图。
图2为现有功率循环测试结温曲线的示意图。
图3为现有功率循环测试时K系数对应关系的示意图。
图4为本发明的一种实施例示意图。
图5为本发明电压信号采样单元的一种实施例示意图。
图6为本发明电流采样运算放大电路U4的一种实施例示意图。
图7为本发明反馈线性调节处理单元U1的一种实施例示意图。
图8为本发明的电源轨的示意图。
图9为本发明结温测量误差的示意图。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图4所示：为了能有效适应于功率循环测试，本发明提供功率循环测试用高精度测试电流源的一种实施例，其中，
开关电源，用于提供所需的直流电压；
线性调整电路，与开关电源以及待测样品单元适配连接，以构成功率循环测试回路；其中，对开关电源所提供的直流电压进行线性调节，以在线性调节后，生成功率循环测试所需的测试电流。
具体地，测试电流源即为图1的测试电流源IM。利用开关电源提供一直流电压，开关电源可以采用现有常用的形式，如图4中，U2为开关电源，所述开关电源U2可采用AC/DC变换器，当开关电源U2采用AC/DC变换器时，可以将电网的220V交流电变换为所需要的直流电压，即所转换得到直流电压的大小可根据需要选择，以能满足由功率器件构成待测样品单元的功率循环测试为准。待测样品单元包括一个或多个功率器件，待测样品单元内功率器件的数量可以根据需要选择，以能满足实际应用场景下对功率循环测试的需求为准。图4中，DUT即为待测样品单元。
一般地，在一个功率循环测试中，开关电源U2变换输出的直流电压保持不变。当然，在不同的功率循环测试中，开关电源U2所变换输出的直流电压可不同，以能满足所需的功率循环测试为准。生成的测试电流即为功率循环测试时，流过待测样品单元的电流。
由上述说明可知，开关电源的效率高、体积小，且能实现大电流输出。为了能实现高精度以及低纹波电流输出需求，本发明的一种实施例中，利用线性调整电路进行线性调节，当然，所述线性电压需与开关电源以及待测样品单元适配连接，并构成功率循环测试回路。构成循环测试回路后，即可实现向待测样品单元提供功率循环测试所需的电流。
本发明的一种实施例中，利用线性调整电路对开关电源所提供或输出的直流电压线性调节，所述线性调节具体是指满足高精度低纹波电流测试需求的调节。当采用线性调整电路对开关电源所提供的直流电压线性调节后，在满足对待测样品单元功率循环测试的需求下，又能使得整个电流源体积小、效率高，发热量，有利于与功率循环测试系统的集成。
本发明的一种实施例中，对开关电源所提供的直流电压，线性调整电路基于电流基准信号Iref以及功率循环测试时经电流采样获取的电流采样信号Ifb进行线性调节，以生成所需高精度低纹波的测试电流。
在功率循环测试时，通过电流采样可获取能表征功率循环测试时测试电流的电流采样信号Ifb。此外，根据功率循环测试的需求，可提前配置一电流基准信号Iref，从而在线性调节时，线性调整电路基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb对开关电源所提供的直流电压进行线性调节，经所述线性调节，即可得到高精度低纹波的测试电流。
具体实施时，生成的测试电流与电流基准信号Iref具有相应的关系，所述关系如可为线性比例关系，生成的测试电流与电流基准信号Iref之间的对应比例关系，可以根据实际的功率循环测试的需要配置，以能满足实际的功率循环测试为准。本发明实施例中，高精度，具体是指生成的测试电流与电流基准信号Iref之间的关系满足预先配置的关系，所述满足预先配置的关系为严格处于预先配置的关系，或者，与预先配置的关系处于一允许的误差范围内，满足预先配置关系的情况可根据实际的功率循环测试为准。
测试电流的低纹波，具体是指利用电流采样信号Ifb对功率循环测试进行反馈控制，以基于电流基准信号Iref与电流采样信号Ifb进行线性调节，以在线性调节控制后，能有效抑制电流的纹波，达到降低测试电流纹波的目的。
本发明的一种实施例中，所述线性调整电路包括用于线性调节的功率管单元以及用于控制所述功率管单元工作状态的反馈控制部，其中，
反馈控制部包括用于获取电流采样信号Ifb的电流采样单元以及用于线性处理的反馈线性调节处理单元U1；
反馈线性调节处理单元U1基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb控制功率管单元的导通状态，以基于功率管单元的导通状态对开关电源提供的直流电压线性调节。
具体实施时，线性调整电路包括功率管单元以及与所述功率管单元适配连接的反馈控制部，功率管单元需与开关电源适配连接，即开关电源所提供的直流电压需要通过功率管单元加载到待测样品单元。
在基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb进行线性调节时，反馈控制部包括电流采样单元以及反馈线性调节处理单元U1，其中，通过电流采样单元能获取电流采样信号Ifb。
本发明的一种实施例中，反馈线性调节处理单元U1基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb控制功率管单元的导通状态，以基于功率管单元的导通状态对开关电源提供的直流电压线性调节。
图4中所示的实施例中，所述功率管单元包括与开关电源所提供直流电压适配的功率管PMOS，其中，
功率管PMOS的源极端与开关电源的正输出端连接，功率管PMOS的漏极端与待测样品单元适配连接，所述待测样品单元通过电流采样单元内的四线制低温漂电流采样电阻Shunt接地；
线性调节时，反馈线性调节处理单元U1控制功率管PMOS处于线性工作区；
电流采样单元还包括与四线制低温漂电流采样电阻Shunt适配连接的电流采样运算放大电路U4，通过电流采样运算放大电路U4向反馈线性调节处理单元U1加载相应的电流采样信号Ifb。
功率管PMOS与开关电源所提供的直流电压适配，具体是指功率管PMOS能承受开关电源所提供的直流电压，如直流电压为高压时，则功率管PMOS可采用高压MOS管，功率管PMOS的类型可以根据需要选择，即能满足与开关电源所提供的直流电压适配为准。
图4中，利用功率管PMOS形成功率管单元时，与开关电源、反馈线性调节处理单元U1以及待测样品单元适配连接时，具体为：功率管PMOS的源极端与开关电源的正输出端连接，功率管PMOS的漏极端与待测样品单元的一端连接，功率管PMOS的栅极端与反馈线性调节处理单元U1的输出端连接。为了能构成功率循环测试回路，待测样品单元的另一端通过电流采样单元内的四线制低温漂电流采样电阻Shunt接地，当然，开关电源U1的负极端也接地。
四线制低温漂电流采样电阻Shunt具体可以采用现有常有的形式，利用四线制低温漂电流采样电阻Shunt能提高利用电流采样运算放大电路U4获取电流采样信号Ifb的精度，即能提高线性调节的精度，以确保实现高精度低温漂的电流。
线性调节时，反馈线性调节处理单元U1控制功率管PMOS处于线性工作区，当功率管PMOS处于线性工作区时，即可利用功率管PMOS对开关电源所提供的直流电压进行线性调节。其中，在线性调节时，主要调节功率管PMOS在线性工作区时的导通状态，根据功率管PMOS的导通状态，以能生成所需的测试电流。
为了提高功率循环测试时的安全性与可靠性，本发明的一种实施例中，所述反馈控制部还包括用于获取测试时加载到待测样品单元两端电压的电压信号采样单元，所述电压信号采样单元与反馈线性调节处理单元U1适配连接，其中，
反馈线性调节处理单元U1将电压信号采样单元所采样获取的电压采样信号Vfb与一预设的电压限制信号Vlimit比较；
电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，反馈线性调节处理单元U1通过功率管PMOS使得加载到待测样品单元两端的电压恒定。
在功率循环测试时，利用电压信号采样单元获取表征加载到待测样品单元两端电压的电压采样信号Vfb；在反馈线性调节处理单元U1内可预先配置一电压限制信号Vlimit，电压限制信号Vlimit一般为确保功率循环测试安全的电压限值，具体根据功率循环测试的情况进行选择确定。
在功率循环测试时，反馈线性调节处理单元U1将电压采样信号Vfb与电压限制信号Vlimit实时比较。当电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，即电压采样信号Vfb大于等于电压限制信号Vlimit时，反馈线性调节处理单元U1通过调节功率管PMOS的导通状态，以使得加载到待测样品单元两端的电压恒定，在电压恒定时，流过待测样品单元的测试电流减小。
如图6所示，为图4中电流采样运算放大电路U4的一种实施例示意图，其中，所述电流采样运算放大电路U4包括运算放大器U8、运算放大器U9以及运算放大器U10，其中，
运算放大器U8的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的一采样端连接，运算放大器U8的反相端与所述运算放大器U8的输出端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U10的同相端连接，电阻R10的另一端接地；
运算放大器U9的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的另一采样端连接，运算放大器U9的反相端与所述运算放大器U9的输出端以及电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与运算放大器U10的反相端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U10的输出端连接，运算放大器U10的输出端与反馈线性调节处理单元U1，以向反馈线性调节处理单元U1加载电流采样信号Ifb。
具体实施时，通过四线制低温漂电流采样电阻Shunt将流过待测样品单元的测试电流转换为电压信号，然后进入到电流采样运算放大电路U4。
为了保证电流的精度，特别是小电流时的精度，要求电流采样运算放大电路U4的输入阻抗要足够高，才能不引起额外的分流。运算放大器U8与运算放大器U9组成的跟随电路输入阻抗高达GΩ量级，满足设计要求。经过跟随电路后，信号最后进入到由运算放大器U10与外围电路组成的差分放大电路，将采样电阻上微小的电压信号放大至满足系统要求的幅度，即得到电流采样信号Ifb。
如图5所示，为图4中电压信号采样单元U3的一种实施例示意图，其中，所述电压信号采样单元包括运算放大器U5、运算放大器U6以及运算放大器U7，其中，
运算放大器U5的同相端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端与待测样品单元的一端连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U5的反相端与所述运算放大器U5的输出端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U7的同相端以及电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地；
运算放大器U6的同相端与电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与待测样品单元的另一端连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器U6的反相端与所述运算放大器U6的输出端以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与运算放大器U7的反相端以及电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器U7的输出端连接，运算放大器U7的输出端与反馈线性调节处理单元U1连接，以向反馈线性调节处理单元U1加载电压采样信号Vfb。
具体实施时，由于待测样品单元在电流源的高端侧，因此，对加载待测样品单元两端电压采样时，需进行电压衰减，图5中，电阻R1~电阻R2与电阻R3~电阻R4分别组成电压衰减网络。经过衰减后，进入由运算放大器U5、运算放大器U5组成的跟随电路。跟随电路输出的电压信号，最后通过由运算放大器U7与外围电路组成的差分放大电路转换为单端信号，即可得到表征待测样品单元两端电压的电压采样信号Vfb。
本发明的一种实施例中，所述反馈线性调节处理单元U1包括用于对电流基准信号Iref滤波跟随的电流基准滤波跟随环节、用于电压比较限制的电压比较限制环节以及用于反馈控制调节的反馈控制调节环节，电流基准滤波跟随环节、电压比较限制环节与反馈控制调节环节适配连接，其中，
电流基准滤波跟随环节用于向反馈控制调节环节提供一反馈控制调节基准；
电压比较限制环节用于对电压采样信号Vfb与电压限制信号Vlimit比较，电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，则电压比较限制环节拉低电流基准滤波跟随环节向反馈控制调节环节提供的反馈控制调节基准；
反馈控制调节环节根据反馈控制调节基准与电流采样信号Ifb产生用于控制功率管PMOS导通状态的线性调节控制信号。
由上述说明可知，反馈线性调节处理单元U1需基于电流基准信号Iref、电压限制信号Vlimit、电压采样信号Vfb以及电流采样信号Ifb控制功率管PMOS的导通状态，以实现所需的线性调节。具体地，反馈线性调节处理单元U1可包括电流基准滤波跟随环节、电压比较限制环节以及反馈控制调节环节，其中，
电流基准滤波跟随环节对电流基准信号Iref滤波以及滤波后跟随，以在滤波跟随后向反馈控制调节环节提供一反馈控制调节基准。
通过电压比较限制环节用于实现电压采样信号Vfb与电压限制信号Vlimit比较，当电压采样信号Vfb小于电压限制信号Vlimit时，电压比较限制环节处于非工作状态；当电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，则电压比较限制环节拉低电流基准滤波跟随环节向反馈控制调节环节提供的反馈控制调节基准。
由上述说明可知，对反馈控制调节环节，主要基于反馈控制调节基准以及电流采样信号Ifb生用于控制功率管PMOS导通状态的线性调节控制信号。反馈控制调节基准为电流基准滤波跟随环节提供，或者，在电流基准滤波跟随环节提供后由电压比较限制环节拉低后形成。具体实施时，拉低后的反馈控制调节基准即为电压限制信号Vlimit。
图7为反馈线性调节处理单元U1的一种实施例示意图，其中，对电流基准滤波跟随环节包括电流基准滤波环节以及与所述电流基准滤波环节串接的电流基准跟随环节。具体地，电流基准滤波环节包括运算放大器U11，运算放大器U11的同相端接收电流基准信号Iref，运算放大器U11的反相端与电阻R13的一端以及电容C1的一端连接，电阻R13的另一端以及电容C1的另一端与运算放大器U11的输出端以及电阻R14的一端连接。
电阻R14的另一端与电流基准跟随环节内的运算放大器U12的同相端连接，运算放大器U12的反相端与所述运算放大器U12的输出端连接，即利用运算放大器U12形成一电压跟随器。工作时，利用电阻R11以及电容C1能实现对电流基准信号Iref进行滤波，利用运算放大器U12形成的电压跟随器进行电压跟随。
对电压比较限制环节，包括运算放大器U13，其中，运算放大器U13的反相端与电阻R15的一端以及电容C5的一端连接，电阻R15的另一端接收电压采样信号Vfb，运算放大器U13的同相端接收电压限制信号Vlimit。电容C5的另一端与二极管D1的阳极端、电阻R16的一端以及电阻R17的一端连接，二极管D1的阴极端与运算放大器U13的输出端连接，电阻R16的另一端与运算放大器U12的输出端连接，电阻R17的另一端与反馈控制调节环节适配连接。
对电压比较限制环节，当电压采样信号Vfb小于电压限制信号Vlimit时，运算放大器U13的输出端为高电平，此时，由于二极管D1的存在，阻断了运算放大器U13对运算放大器U12跟随后输出反馈控制调节基准的影响。
当电压采样信号Vfb大于等于电压限制信号Vlimit时，运算放大器U13的输出端为低电平，此时，经二极管D1与运算放大器U13配合，可将运算放大器U12跟随后输出反馈控制调节基准的拉低，从而导致反馈控制调节基准降低，根据反馈特性可知，电流采样信号Ifb减小，加载到待测样品单元两端的电压降低，整个功率循环测试进入恒压模式。电容C5为积分电容，保证了恒压模式的反馈稳定。
具体实施时，将运算放大器U12跟随后输出反馈控制调节基准的拉低至电压限制信号Vlimit后，则使得流过待测样品单元的测试电流降低，此时，待测样品单元两端的电压也降低。此时，恒压即是指待测样品单元两端的电压恒定，且恒定为电压限制信号Vlimit。
图7中示出了反馈控制调节环节的一种实施例示意图，其中，所述反馈控制调节环节包括运算放大器U14，运算放大器U14的同相端接收电流采样信号Ifb，运算放大器U14的反相端与电阻R17的另一端以及电容C4的一端连接，电容C4的另一端与运算放大器U14的输出端连接，运算放大器U14的输出的与功率管PMOS的栅极端连接。电容C4为反馈电容。工作时，根据反馈控制调节基准与电流采样信号Ifb，运算放大器U14控制功率管PMOS的导通状态。
具体实施时，U14为运算放大器，由运放的虚短原则可知，稳定时，其要保持运算放大器的同相端和反向端电位相同，即Iref=Ifb。因此，当电流基准信号Iref>电流采样信号Ifb时，说明实际的测试电流小于预先配置需要的测试电流，通过运算放大器U14增加功率管PMOS的导通程度，以增加输出电流，即使得测试电流增大至预先配置的测试电流状态。反之，通过运算放大器U14减小功率管PMOS的导通程度，以降低输出电流，即使得测试电流降低至预先配置的测试电流状态。
本发明的一种实施例中，在反馈控制调节环境内配置反馈调节模式环节，其中，
所配置的反馈调节模式环节包括低带宽调节模式以及高带宽调节模式，在功率循环测试时，选择低带宽调节模式或高带宽调节模式。
具体地，选择低带宽调节模式时，则电流噪声更低，但是待测样品单元的调整时间较长。在高带宽调节模式时，调整时间较快。
为了能实现常规速调节以及高带宽调节模式的切换，图7中示出了一种实施例，具体地，包括电阻R18、电容C2、电容C3以及开关S10，其中，电阻R18的一端与运算放大器U14的同相端连接，电阻R18的另一端通过电容C2与功率管PMOS的漏极端以及待测样品单元的一端适配连接，电容C3的一端与运算放大器U14的反相端连接，电容C13的另一端通过开关S10与运算放大器U14的输出端连接。
电容C3为反馈电容，当开关S10闭合时，则电容C3接入运算放大器U14，此时，选择为低带宽调节模式。当开关S10断开时，则电容C3未接入运算放大器U14，选择为高宽带调节模式。待测样品单元通过电容C2以及电阻R18直接反馈至运算放大器U14的反相端，当经功率管PMOS调节并加载到待测样品单元的电压有某种扰动时，可有效抑制电压噪声与待测样品单元突变导致的电压波动；此外，可通过运算放大器U14起到补偿作用。
具体实施时，低带宽调节模式下，电源环路响应速度较慢，但电流源输出精度最高。在功率循环测试开始前，需要进行K系数标定，此时，电流源不需要处于高带宽调节模式，在低带宽调节模式进行标定，可保证K系数标定的一致性与稳定性较高。
功率循环测试中，需将电流源设置为高带宽调节模式，由于最高结温Tvjmax需要在加热电流关断后迅速测量，因此，要求测试电流源具有很快的响应速度，能保证在加热电流关断后迅速稳定，这样测量出的Tvjmax最准确，测量原理如图9所示。
图9中，当待测样品单元处于加热阶段时，VCE为高电平，测试电流源输出电流稳定，Tvj不断上升至Tvjmax。此时，关断加热电流，关断后tMD时间内，由于电气噪声的影响，VCE波形发生震荡。同样，测试电流波形也会随着待测样品单元情况的变化而出现调整变化。
当电气噪声造成的扰动消失后，测试电流需尽快达到稳态。图中，IM曲线中实线为高带宽调节模式下的测试电流波形，虚线为低带宽调节模式下的测试电流波形，可以看到，高带宽调节模式下，由于响应速度快可以迅速达到稳定，而低带宽调节模式下，电流源要经过一段时间才能稳定。因此，会造成VCE曲线的明显差异，由VCE计算得到的等效结温也会产生明显差异。
为了能进一步控制电流源的低纹波，图8中示出了本发明电源轨的一种实施例，电源轨即为电流源的工作电源情况。由图可见，VCC与VEE为线性调整电路中相应的供电电压，即为线性调整电路中相应的运算放大器的供电电压，对图5~图7所示的实施例中，运算放大器U5~运算放大器U13相对应正极端的电压为VCC，运算放大器U5~运算放大器U13相对应负极端的电压为VEE。
VDD为开关电源所输出的直流电压，提供输出功率。
E/A为运算放大器U14正极端的供电电压，运算放大器U14负极端的电压为VEE。由于功率管PMOS的源极端与开关电源的正极端连接，而E/A需要驱动功率管PMOS，所以，需要用VDD到VEE整个电源轨为其供电。
综上，可得到功率循环测试用高精度测试电流源的功率循环测试方法，对任一待测样品单元，与上述所述的测试电流源构成功率循环测试回路，其中，
利用所构成功率循环测试回路的测试电流源提供测试电流，以进行所需的功率循环测试。
具体实施时，利用测试电流源提供的测试店里进行功率循环测试的方法以及过程，均可参考上述说明，此处不再赘述。

Claims (6)

1.一种功率循环测试用高精度测试电流源，其特征是：
开关电源，用于提供所需的直流电压；
线性调整电路，与开关电源以及待测样品单元适配连接，以构成功率循环测试回路；其中，对开关电源所提供的直流电压进行线性调节，以在线性调节后，生成功率循环测试所需的测试电流；
对开关电源所提供的直流电压，线性调整电路基于电流基准信号Iref以及功率循环测试时经电流采样获取的电流采样信号Ifb进行线性调节，以生成所需高精度低纹波的测试电流；
所述线性调整电路包括用于线性调节的功率管单元以及用于控制所述功率管单元工作状态的反馈控制部，其中，
反馈控制部包括用于获取电流采样信号Ifb的电流采样单元以及用于线性处理的反馈线性调节处理单元U1；
反馈线性调节处理单元U1基于电流基准信号Iref以及电流采样信号Ifb控制功率管单元的导通状态，以基于功率管单元的导通状态对开关电源提供的直流电压线性调节；
所述功率管单元包括与开关电源所提供直流电压适配的功率管PMOS，其中，
功率管PMOS的源极端与开关电源的正输出端连接，功率管PMOS的漏极端与待测样品单元适配连接，所述待测样品单元通过电流采样单元内的四线制低温漂电流采样电阻Shunt接地；
线性调节时，反馈线性调节处理单元U1控制功率管PMOS处于线性工作区；
电流采样单元还包括与四线制低温漂电流采样电阻Shunt适配连接的电流采样运算放大电路U4，通过电流采样运算放大电路U4向反馈线性调节处理单元U1加载相应的电流采样信号Ifb；
所述反馈控制部还包括用于获取测试时加载到待测样品单元两端电压的电压信号采样单元，所述电压信号采样单元与反馈线性调节处理单元U1适配连接，其中，
反馈线性调节处理单元U1将电压信号采样单元所采样获取的电压采样信号Vfb与一预设的电压限制信号Vlimit比较；
电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，反馈线性调节处理单元U1通过功率管PMOS使得加载到待测样品单元两端的电压恒定。
2.根据权利要求1所述功率循环测试用高精度测试电流源，其特征是：所述电流采样运算放大电路U4包括运算放大器U8、运算放大器U9以及运算放大器U10，其中，
运算放大器U8的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的一采样端连接，运算放大器U8的反相端与所述运算放大器U8的输出端以及电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与电阻R10的一端以及运算放大器U10的同相端连接，电阻R10的另一端接地；
运算放大器U9的同相端与四线制低温漂电流采样电阻Shunt的另一采样端连接，运算放大器U9的反相端与所述运算放大器U9的输出端以及电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端与运算放大器U10的反相端以及电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与运算放大器U10的输出端连接，运算放大器U10的输出端与反馈线性调节处理单元U1，以向反馈线性调节处理单元U1加载电流采样信号Ifb。
3.根据权利要求1所述功率循环测试用高精度测试电流源，其特征是：所述电压信号采样单元包括运算放大器U5、运算放大器U6以及运算放大器U7，其中，
运算放大器U5的同相端与电阻R1的一端以及电阻R2的一端连接，电阻R1的另一端与待测样品单元的一端连接，电阻R2的另一端接地，运算放大器U5的反相端与所述运算放大器U5的输出端、电阻R5的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U7的同相端以及电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端接地；
运算放大器U6的同相端与电阻R3的一端以及电阻R4的一端连接，电阻R3的另一端与待测样品单元的另一端连接，电阻R4的另一端接地，运算放大器U6的反相端与所述运算放大器U6的输出端以及电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与运算放大器U7的反相端以及电阻R8的一端连接，电阻R8的另一端与运算放大器U7的输出端连接，运算放大器U7的输出端与反馈线性调节处理单元U1连接，以向反馈线性调节处理单元U1加载电压采样信号Vfb。
4.根据权利要求1至3任一项所述功率循环测试用高精度测试电流源，其特征是：所述反馈线性调节处理单元U1包括用于对电流基准信号Iref滤波跟随的电流基准滤波跟随环节、用于电压比较限制的电压比较限制环节以及用于反馈控制调节的反馈控制调节环节，电流基准滤波跟随环节、电压比较限制环节与反馈控制调节环节适配连接，其中，
电流基准滤波跟随环节用于向反馈控制调节环节提供一反馈控制调节基准；
电压比较限制环节用于对电压采样信号Vfb与电压限制信号Vlimit比较，电压采样信号Vfb不小于电压限制信号Vlimit时，则电压比较限制环节拉低电流基准滤波跟随环节向反馈控制调节环节提供的反馈控制调节基准；
反馈控制调节环节根据反馈控制调节基准与电流采样信号Ifb产生用于控制功率管PMOS导通状态的线性调节控制信号。
5.根据权利要求4所述功率循环测试用高精度测试电流源，其特征是：在反馈控制调节环境内配置反馈调节模式环节，其中，
所配置的反馈调节模式环节包括低带宽调节模式以及高带宽调节模式，在功率循环测试时，选择低带宽调节模式或高带宽调节模式。
6.一种功率循环测试用高精度测试电流源的功率循环测试方法，其特征是：对任一待测样品单元，与上述权利要求1～权利要求5任一项所述的测试电流源构成功率循环测试回路，其中，
利用所构成功率循环测试回路的测试电流源提供测试电流，以进行所需的功率循环测试。
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