CN116359701B - 氮化镓器件的测试电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种氮化镓器件的测试电路，包括：高压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述高压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第一电压；低压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述低压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第二电压；测量支路，与所述低压支路连接，用于测量低压支路中的节点电压；其中，所述测试电路用于根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压，所述高压支路和低压支路复用同一开关管与氮化镓器件连接。本发明还提供一种氮化镓器件的测试方法，无延时，可以提高采样精度。
Description
技术领域
本发明涉及电性能测试技术领域，具体涉及一种氮化镓器件的测试电路及方法。
背景技术
作为第三代半导体器件的代表，氮化镓(GaN)器件凭借着禁带宽度大、导热率高、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等优势，使其在高频、高温、高效率的应用场合中很受欢迎。随着氮化镓功率器件的应用越来越广泛，对于氮化镓功率器件的测量也变得越来越重要。
由于氮化镓功率器件在关断状态时漏极电压较高，而在导通状态时漏极电压急剧下降，因此需要准确地测试导通电压的变化。通常情况下节点电压常采用高精度示波器，但是由于功率器件在关断时电压高，导通时电压低，示波器要捕捉导通电压需要较大的测量范围，否则示波器内部的放大器会失真，这被称作示波器过驱动，会无法准确测量导通电压。一般功率器件在关断时承受几百伏的电压，而导通电压在几伏到几十毫伏之间，此时示波器的分辨率无法满
足导通电压测量，示波器无法准确测量导通电压。
现有技术中通过限幅电路来消除氮化镓功率器件在关断时的漏源电压以实现氮化镓功率器件导通电阻的精确测量。然而限幅电路的引入可能会给测量带来延迟和采用精度问题，从而无法满足高频高压状态下的测量要求。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题为如何精确地测量氮化镓器件的动态导通阻抗。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
根据本发明的一方面，提供一种氮化镓器件的测试电路，包括：高压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述高压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第一电压；低压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述低压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第二电压；测量支路，与所述低压支路连接，用于测量导通状态时低压支路中的节点电压；其中，所述测试电路用于根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压，所述高压支路和低压支路复用同一开关管与氮化镓器件连接。
优选地，所述高压支路包括第一电压源、第一电阻和开关管；其中，所述第一电压源的正端经由第一电阻与所述氮化镓器件的第一端连接，第一电压源的负端经由开关管与所述氮化镓器件的第二端连接，第一电压源的负端接地；所述氮化镓器件的控制端接地，开关管的控制端接收驱动信号，所述驱动信号控制所述开关管的导通与关断。
优选地，所述低压支路包括第二电压源、第二电阻、二极管和开关管；其中，第二电压源经由第二电阻和二极管与氮化镓器件的第一端连接；氮化镓器件的第二端与开关管的第一端连接，开关管的第二端接地。
优选地，所述测量支路包括电压表，所述电压表与第二电阻和二极管之间的节点连接以测量节点电压。
优选地，所述测试电路还用于根据所述节点电压获取低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗。
优选地，所述测试电路还用于当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障。
优选地，当所述氮化镓器件的第一端电压缓慢下降至预设电压以下或者不能下降至预设电压以下时，判定所述氮化镓器件故障。
优选地，所述测试电路还包括：驱动支路，与开关管的控制端连接，用于产生驱动信号以控制开关管的导通与关断。
根据本发明的另一方面，提供一种氮化镓器件的测试方法，包括：驱动支路产生驱动信号以控制高压支路和低压支路的导通与关断；在高压支路和低压支路处于导通状态时，高压支路和低压支路分别向氮化镓器件提供第一电压和第二电压；测量支路测量导通状态时低压支路中的节点电压；根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压和低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗；其中，所述高压支路和所述低压支路复用同一开关管与氮化镓器件连接。
优选地，所测试方法还包括：当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障。
优选地，当所述氮化镓器件的第一端电压缓慢下降至预设电压以下或者不能下降至预设电压以下时，判定所述氮化镓器件故障。
本发明的有益效果在于：
本发明实施例提供的氮化镓器件的测试电路及测试方法，测试电路中的高压支路和低压支路复用同一开关管，且所述高压支路与所述低压支路均与氮化镓器件连接，开关管同时控制高压支路和低压支路的导通与关断，当高压支路和低压支路导通时通过测量低压电路中某一节点的电压以得到氮化镓器件的第一端电压，根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流获取氮化镓器件的导通阻抗，无延时，提高采样精度，可以精确地测量氮化镓器件的导通阻抗。
进一步地，低压支路仅包括电阻和二极管，电路结构简单，降低成本。
进一步地，当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障，有利于检测出氮化镓功率器件的故障，从而能够有效保证氮化镓功率器件的性能。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
图1示出现有技术中氮化镓器件的测试电路的电路示意图；
图2示出本发明实施例提供的氮化镓器件的测试电路的电路示意图；
图3示出本发明实施例提供的氮化镓器件的测试方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
图1示出现有技术中氮化镓器件的测试电路的电路示意图。现有技术中的氮化镓器件的测试电路包括主电路110、限幅电路120以及驱动电路130。
其中，主电路110包括氮化镓器件Q1和第一电压源，其中氮化镓器件Q1连接在高压电源HV两端。高压电源HV的幅值大于400V。氮化镓器件Q1的第一端与高压电源HV的正端连接，第二端与接地端连接，控制端接收驱动信号VG。高压电源HV的负端也与接地端连接。氮化镓器件Q1的第一端例如为漏极，第二端例如为源极，控制端例如为栅极。
限幅电路120包括限流电阻R、二极管D和稳压管Z，其中，限流电阻R、二极管D和稳压管Z串联连接在氮化镓器件Q1的第一端和第二端之间，其中，限流电阻R连接在氮化镓器件Q1的第一端和二极管D的正极之间，二极管的负极与稳压管Z的负极连接，稳压管Z的正极与氮化镓器件Q1的第二端连接。
驱动电路130与所述氮化镓器件Q1的控制端连接，用于产生驱动信号VG。驱动信号VG为脉冲信号。所述驱动信号VG用于控制氮化镓器件Q1的导通与关断。
现有技术中的测试电路通过对二极管D和限流电阻R之间的第一节点A与稳压管Z和接地端之间的第二节点B之间的电压进行采样以得到氮化镓器件Q1的导通电压。然而由于限幅电路120中的限流电阻R的阻值为兆欧级，限流电阻R会和二极管D1以及稳压管Z的寄生电容构成RC延时，从而导致采样得到的氮化镓器件的导通电压有较大延时，并且在采样时间较短时影响采样精度。
图2示出本发明实施例提供的氮化镓器件的测试电路的电路示意图。如图2所示，所述氮化镓器件的测试电路包括高压支路210、低压支路220、测量支路230以及驱动支路240。
高压支路210，与氮化镓器件Q1串联连接，用于当所述高压支路210处于导通状态时向所述氮化镓器件Q1提供第一电压V1。
在本实施例中，所述高压支路210包括第一电压源、第一电阻R1和开关管Q2，其中，所述第一电压源的正端经由第一电阻R1与所述氮化镓器件Q1的第一端连接，第一电压源的负端经由开关管Q2与所述氮化镓器件Q1的第二端连接，第一电压源的负端接地，开关管Q2的控制端接收驱动信号VG，所述驱动信号VG控制所述开关管Q2的导通与关断。所述氮化镓器件Q1的控制端接地，第一端例如为漏极，第二端例如为源极，控制端例如为栅极，所述氮化镓器件Q1为耗尽型器件处于常通状态。
在本实施例中，第一电阻R1为大电阻，例如兆欧姆级。第一电压源例如为高压电源，其幅值例如为600V。
低压支路220，与所述氮化镓器件Q1串联连接，用于当所述低压支路220处于导通状态时向所述氮化镓器件Q1提供第二电压V2。
在本实施例中，所述低压支路220与所述高压支路210复用开关管Q2。所述低压支路220包括第二电压源、第二电阻R2、二极管D和开关管Q2。第二电压源经由第二电阻R2和二极管D与氮化镓器件Q1的第一端连接。氮化镓器件Q1的第二端与开关管Q2的第一端连接，开关管Q2的第二端接地，开关管Q2的控制端接收驱动信号VG。第一电阻R1的阻值远远大于所述第二电阻R2的阻值。
具体地，所述第一电阻R1、所述氮化镓器件Q1和所述开关管Q2串联连接在第一电压源和接地端之间；所述第二电阻R2、二极管D、所述氮化镓器件Q1和所述开关管Q2串联连接在第二电压源和接地端之间。
测量支路230，与所述低压支路220连接，用于测量导通状态时低压支路中的节点电压Vm。
在本实施例中，所述测量支路230包括电压表QVM。电压表QVM与第二电阻R2和二极管D之间的节点连接以测量节点电压Vm。
所述测试电路用于根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压和低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗。
在本实施例中，氮化镓器件Q1的第一端电压Vc可根据节点电压Vm和二极管D的导通电压Vd得到，即Vc=Vm-Vd；低压支路220的电流IL根据节点电压和第二电阻R2计算得到，即IL=(V2-Vm)/R2。
当驱动信号VG控制开关管Q2导通时，高压支路210上的第一电阻R1的阻值很大，高压支路210的电流IH远小于低压支路220的电流IL，可以忽略不计，即流经氮化镓器件Q1的电流I=IL。由于开关管Q2的导通阻抗很小，可以忽略开关管Q2的阻抗，此时，氮化镓器件Q1的导通阻抗Rdson=Vc/I=Vc/IL=(Vm-Vd)*R2/(V2-Vm)。
所述测试电路用于当高压支路210和低压支路220从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件Q1的第一端电压Vc的电压变化判断氮化镓器件Q1是否故障。
在本实施例中，当开关管Q2导通时，高压支路210和低压支路220处于导通状态。在开关管Q2导通的瞬间，氮化镓器件Q1的第一端电压Vc瞬间下降至预设电压以下，预设电压例如为10V。若氮化镓器件Q1的第一端电压Vc缓慢下降至预设电压以下或不能下降至预设电压以下，可以判定氮化镓器件Q1有故障或者为不良品，有利于检测出氮化镓功率器件的故障，从而能够有效保证氮化镓功率器件的性能。
在一个优选地实施例中，所述测试电路200还包括驱动支路240，用于产生驱动信号VG，所述驱动信号VG用于控制高压支路210以及低压支路220的导通与关断。
在本实施例中，所述驱动支路240与开关管Q2的控制端连接，用于向所述开关管Q2的控制端提供驱动信号VG以控制开关管Q2的导通与关断。
本发明实施例提供的氮化镓器件的测试电路及测试方法，测试电路中的高压支路和低压支路复用同一开关管且所述高压支路与所述低压支路均与氮化镓器件连接，开关管同时控制高压支路和低压支路的导通与关断，当高压支路和低压支路导通时通过测量低压电路中某一节点的电压以得到氮化镓器件的第一端电压，根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流获取氮化镓器件的导通阻抗，提高采样精度，可以精确地测量氮化镓器件的导通阻抗。
进一步地，低压支路仅包括电阻和二极管，电路结构简单，降低成本。
进一步地，当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障，有利于检测出氮化镓功率器件的故障，从而能够有效保证氮化镓功率器件的性能。
图3示出本发明实施例提供的氮化镓器件的测试方法的流程图。如图3所示，所述氮化镓器件的测试方法包括以下步骤。
在步骤S01中，驱动支路产生驱动信号以控制高压支路和低压支路的导通与关断。
在本实施例中，高压支路210和低压支路220复用同一开关管Q2，通过控制开关管Q2的导通与关断以控制高压支路210和低压支路220的导通与关断。
具体地，所述高压支路210包括第一电压源、第一电阻R1和开关管Q2，其中，所述第一电压源的正端经由第一电阻R1与所述氮化镓器件Q1的第一端连接，第一电压源的负端经由开关管Q2与所述氮化镓器件Q1的第二端连接。所述氮化镓器件Q1的控制端接地，第一端例如为漏极，第二端例如为源极，控制端例如为栅极，所述氮化镓器件Q1处于常通状态。
在本实施例中，第一电阻R1为大电阻，例如兆欧姆级。第一电压源例如为高压电源，其幅值例如为600V。所述低压支路220与所述高压支路210复用开关管Q2。所述低压支路220包括第二电压源、第二电阻R2、二极管D和开关管Q2以及电压表QVM。第二电压源经由第二电阻R2和二极管D与氮化镓器件Q1的第一端连接。氮化镓器件Q1的第二端与开关管Q2的第一端连接，开关管Q2的第二端接地，开关管Q2的控制端接收驱动信号VG。
在步骤S02中，在高压支路和低压支路处于导通状态时，高压支路和低压支路分别向氮化镓器件提供第一电压和第二电压。
在步骤S03中，测量支路测量导通状态时低压支路中的节点电压。
在本实施例中，所述测量支路230包括电压表QVM。电压表QVM与第二电阻R2和二极管D之间的节点连接以获取节点电压Vm，然后根据节点电压Vm和二极管D的导通电压Vd得到氮化镓器件Q1的第一端电压Vc。
在步骤S04中，根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压和低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗。
在本实施例中，氮化镓器件Q1的第一端电压Vc可根据节点电压Vm和二极管D的导通电压Vd得到，即Vc=Vm-Vd；低压支路220的电流IL根据节点电压和第二电阻R2计算得到，即IL=(V2-Vm)/R2。
当驱动信号VG控制开关管Q2导通时，高压支路210上的第一电阻R1的阻值很大，高压支路210的电流IH远小于低压支路220的电流IL，可以忽略不计，即流经氮化镓器件Q1的电流I=IL。由于开关管Q2的导通阻抗很小，可以忽略开关管Q2的阻抗，此时，氮化镓器件Q1的导通阻抗Rdson=Vc/I=Vc/IL=(Vm-Vd)*R2/(V2-Vm)。
在一个优选地实施例中，所述测试方法还包括步骤S05。
在步骤S05中，当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障。
在本实施例中，当开关管Q2导通时，高压支路210和低压支路220处于导通状态。在开关管Q2导通的瞬间，氮化镓器件Q1的第一端电压Vc瞬间下降至10V以下。若氮化镓器件Q1的第一端电压Vc缓慢下降至10V以下或不能下降至10V以下，可以判定氮化镓器件Q1有故障或者为不良品，有利于检测出氮化镓功率器件的故障，从而能够有效保证氮化镓功率器件的性能。
本发明实施例提供的氮化镓器件的测试方法，高压支路和低压支路复用同一开关管且所述高压支路与所述低压支路均与氮化镓器件连接，开关管同时控制高压支路和低压支路的导通与关断，当高压支路和低压支路导通时通过测量低压电路中某一节点的电压以得到氮化镓器件的第一端电压，根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流获取氮化镓器件的导通阻抗，提高采样精度，可以精确地测量氮化镓器件的导通阻抗。
进一步地，低压支路仅包括电阻和二极管，电路结构简单，降低成本。
进一步地，当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障，有利于检测出氮化镓功率器件的故障，从而能够有效保证氮化镓功率器件的性能。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (11)
1.一种氮化镓器件的测试电路，其特征在于，包括：
高压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述高压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第一电压；
低压支路，与氮化镓器件串联连接，用于当所述低压支路处于导通状态时向所述氮化镓器件提供第二电压；
测量支路，与所述低压支路连接，用于测量导通状态时低压支路中的节点电压；
其中，所述测试电路用于根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压，所述高压支路和低压支路复用同一开关管且所述高压支路与所述低压支路均与氮化镓器件连接；
其中，所述高压支路包括第一电压源、第一电阻和开关管，所述第一电阻、所述氮化镓器件和所述开关管串联连接在第一电压源和接地端之间；
所述低压支路包括第二电压源、第二电阻、二极管和开关管，所述第二电阻、二极管、所述氮化镓器件和所述开关管串联连接在第二电压源和接地端之间；
所述测量支路与第二电阻和二极管之间的节点连接；
所述氮化镓器件的控制端接地，开关管的控制端接收驱动信号，所述驱动信号控制所述开关管的导通与关断。
2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述第一电压源的正端经由第一电阻与所述氮化镓器件的第一端连接，第一电压源的负端经由开关管与所述氮化镓器件的第二端连接，第一电压源的负端接地。
3.根据权利要求2所述的测试电路，其特征在于，第二电压源经由第二电阻和二极管与氮化镓器件的第一端连接；
氮化镓器件的第二端与开关管的第一端连接，开关管的第二端接地。
4.根据权利要求3所述的测试电路，其特征在于，所述测量支路包括电压表，所述电压表与第二电阻和二极管之间的节点连接以测量节点电压。
5.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试电路还用于根据所述节点电压获取低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗。
6.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试电路还用于当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障。
7.根据权利要求6所述的测试电路，其特征在于，当所述氮化镓器件的第一端电压缓慢下降至预设电压以下或者不能下降至预设电压以下时，判定所述氮化镓器件故障。
8.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，所述测试电路还包括：
驱动支路，与开关管的控制端连接，用于产生驱动信号以控制开关管的导通与关断。
9.一种氮化镓器件的测试方法，其特征在于，包括：
驱动支路产生驱动信号以控制高压支路和低压支路的导通与关断；
在高压支路和低压支路处于导通状态时，高压支路和低压支路分别向氮化镓器件提供第一电压和第二电压；
测量支路测量导通状态时低压支路中的节点电压；
根据所述节点电压获取氮化镓器件的第一端电压和低压支路的电流，以及根据氮化镓器件的第一端电压以及低压支路的电流确定氮化镓器件的导通阻抗；
其中，所述高压支路和所述低压支路复用同一开关管与氮化镓器件连接；
所述高压支路包括第一电压源、第一电阻和开关管，所述第一电阻、所述氮化镓器件和所述开关管串联连接在第一电压源和接地端之间；
所述低压支路包括第二电压源、第二电阻、二极管和开关管，所述第二电阻、二极管、所述氮化镓器件和所述开关管串联连接在第二电压源和接地端之间；
所述测量支路与第二电阻和二极管之间的节点连接；
所述氮化镓器件的控制端接地，开关管的控制端接收驱动信号，所述驱动信号控制所述开关管的导通与关断。
10.根据权利要求9所述的测试方法，其特征在于，还包括：
当高压支路和低压支路从关断状态切换至导通状态时，根据氮化镓器件的第一端电压的电压变化判断氮化镓器件是否故障。
11.根据权利要求10所述的测试方法，其特征在于，当所述氮化镓器件的第一端电压缓慢下降至预设电压以下或者不能下降至预设电压以下时，判定所述氮化镓器件故障。
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