CN116609629A - 一种功率半导体器件健康监测电路及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种功率半导体器件健康监测电路及方法，属于功率半导体器件测量技术领域，功率半导体器件健康监测电路包括：驱动电路用于接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第二开关管，用于接收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块对待测器件进行电压采样。解决了测量电路带宽要求高、测量准确度低以及工程实际运用难的问题，实现准确测量阈值电压。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体器件测量技术领域，涉及一种功率半导体器件健康监测电路及方法。
背景技术
以功率半导体为核心的电力电子技术，在电动汽车、可再生能源发电、特高压直流输电等各方面发挥着重要作用。随着电力电子装置的功率等级、响应速度以及功率密度等方面的要求提高，功率半导体器件的可靠性问题严重威胁着电力电子装置的安全可靠运行，有必要对功率半导体器件的状态信息进行监测。
在功率半导体器件工作过程中，器件结温对其可靠运行至关重要，而阈值电压可用于判断热敏电参数，它对器件结温以及是否具有较好的辨识度和更高的线性，具有重要参考性；同样的，阀值电压也是栅极氧化物退化的一个潜在指标，因此它是评价器件可靠性的重要参数。
现有技术中测量阈值电压的方法包括离线测量与在线测量。离线测量大多数是在实验室条件下，单独测量器件的静态阈值电压，以此评判器件的可靠性，然而这种方式很难运用在实际的功率电路中。在线实时测量方法，是对功率半导体器件开关上升沿电压进行测量，需要采用高速电路采样瞬时阈值电压，器件开关速度越快，对测量电路的带宽要求高；且实际运用过程中，存在很多干扰情况，都会影响阈值电压的测量准确度，在线测量难以实现对阈值电压准确测量。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供了一种功率半导体器件健康监测电路，通过在功率半导体器件驱动电路上添加阈值电压测量电路，在器件正常工作时，不影响常规驱动正常使用，在器件停止工作时，可准确测量阈值电压，实现准在线测量，解决了现有技术中存在的测量电路带宽要求高、测量准确度低以及工程实际运用难等问题。
本发明所采用的技术方案是：
本发明实施例的第一方面提供一种功率半导体器件健康监测电路，包括：驱动电路，与控制芯片连接，用于接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管，第一开关管的控制端与控制芯片连接，用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第一开关管的第一端与电流源连接；第一开关管的第二端接地；第二开关管，第二开关管的控制端与控制芯片连接，用于接收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；第二开关管的第一端与电流源连接；第二开关管的第二端与驱动电路连接；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块，与控制芯片和待测器件连接，当第一脉冲信号和第二脉冲信号，分别控制第一开关管关断和第二开关管导通时，脉冲驱动信号控制驱动电路停止工作，并对待测器件进行电压采样。
在其中一个实施例中，驱动电路包括：第一晶体管、第二晶体管、隔离电容、高频磁环、第一二极管、第三电阻；第一晶体管的控制端和第二晶体管的控制端作为驱动电路输入端，与控制芯片连接，输入脉冲驱动信号；第一晶体管的第一端，与内置电源连接；隔离电容的第一端，与第一晶体管的第二端和第二晶体管的第一端连接；高频磁环原边的第一端，与隔离电容的第二端连接；高频磁环原边的第二端，与第一晶体管的第二端连接；第三电阻的第一端，与高频磁环副边的第一端连接；第一二极管的输出端，与第三电阻的第二端和待测器件的栅极连接；第三电阻的第二端作为驱动电路的输出端，输出驱动信号至待测器件。
在其中一个实施例中，驱动电路还包括第二二极管，第二二极管的输出端，与第一二极管的输入端连接；第二二极管的输入端，与高频磁环副边的第二端和待测器件的源极连接。
在其中一个实施例中，健康监测电路还包括：第一电阻，第一电阻的第一端与第一开关管的第一端和电流源连接；第一电阻的第二端与待测器件连接；和/或，第二电阻，第二电阻的第一端与驱动电路和第二开关管的第二端连接；第二电阻的第二端与待测器件连接。
在其中一个实施例中，健康监测电路还包括单项导通二极管，单项导通二极管的输入端与第一开关管的第一端和第二开关管的第一端连接；单项导通二极的输出端与第一电阻的第一端连接。
本发明实施例的第二方面提供了一种功率半导体器件故障监测方法，包括：S1检测与待测器件栅极连接的驱动电路是否正常工作；当驱动电路正常工作时，脉冲驱动信号控制驱动电路，驱动信号控制待测器件工作；其中，脉冲驱动信号由控制芯片输出，驱动信号由驱动电路输出；此时阈值电压测量电路中的第一开关管导通，第二开关管关断，测量电路中的电流源通过第一开关管流向地；当驱动电路停止工作时，进入步骤2；S2第一开关管关断，第二开关管导通，电流源使待测器件导通，当待测器件漏极电流增大到预设值时，待测器件栅极电压被钳位后进入步骤3；S3通过电压采样电路测量被钳位的栅极电压。
在其中一个实施例中，在S1中，控制芯片输出脉冲驱动信号控制驱动电路，第一晶体管的控制端和第二晶体管的控制端作为驱动电路输入端，输入脉冲驱动信号；第一晶体管和第二晶体管互补导通控制其驱动电路导通，以输出驱动信号。
在其中一个实施例中，S2包括：在t0-t1阶段，当待测器件处于截止区，电流源输入电流通过第一回路向待测器件充电，此时待测器件栅极电压不断增加；在t1之后，当待测器件栅极电压达到阈值电压，由于第二电阻阻值小于第一电阻阻值，待测器件漏极电流开始增加，电流从第一回路开始转移到第二回路；当待测器件漏极电流增大到电流预设值时，待测器件漏极电流不再增加，第一回路的待测器件栅极电压被钳位。
在其中一个实施例中，S3包括，当第二开关管导通，待测器件处于导通状态，待测器件栅极电压被钳位保持不变时，测量待测器件栅源电压值。
在其中一个实施例中，S3测量栅源电压的大小时，根据公式Vth＝Vgs计算得到述待测器件栅源电压值；其中，Vth为测量待测器件栅源电压值，Vgs为待测器件的阈值电压。
本发明的有益效果是：功率半导体器件健康监测电路通过驱动电路接收控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；第一开关管用于接收控制芯片的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管的导通或关断；第二开关管，用于接收控制芯片的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管的导通或关断；其中，电流源为第一开关管和第二开关管提供激励电流；电压采样模块对待测器件进行电压采样；在不影响常规驱动工作的情况下，综合离线测量与在线测量优点，实现准在线测量，能够在实际的功率电路中准确测量功率半导体器件的阈值电压，实时反应器件的阈值电压变化情况。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明一实施例提供的一种功率半导体器件故障监测结构图；
图2是本发明一实施例提供的一种驱动电路原理图；
图3是本发明一实施例提供的一种驱动正常工作时信号与电流流向原理图；
图4是本发明一实施例提供的一种待测器件在电压源与电流源下的导通过程图；
图5是本发明一实施例提供的一种驱动电路开关时序图；
图6是本发明一实施例提供的一种阈值电压测量波形图；
图7是本发明一实施例提供的一种功率半导体智能驱动流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参阅图1，图1是图1是本发明一实施例提供的一种功率半导体器件健康监测电路结构图；
本发明实施例的第一方面提供一种功率半导体器件健康监测电路，包括：驱动电路10，与控制芯片11连接，用于接收控制芯片11输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件DUT(Deviceundertest,待测器件)工作；第一开关管Q1，第一开关管Q1的控制端与控制芯片11连接，用于接收控制芯片11的第一脉冲信号，并根据第一脉冲信号控制第一开关管Q1的导通或关断；第一开关管Q1的第一端与电流源S连接；第一开关管Q1的第二端接地；第二开关管Q2，第二开关管Q2的控制端与控制芯片11连接，用于接收控制芯片11的第二脉冲信号，并根据第二脉冲控制第二开关管Q2的导通或关断；第二开关管Q2的第一端与电流源S连接；第二开关管Q2的第二端与驱动电路10连接；其中，电流源S为第一开关管Q1和第二开关管Q2提供激励电流；电压采样模块20，与控制芯片11和待测器件DUT连接，当第一脉冲信号和第二脉冲信号，分别控制第一开关管Q1关断和第二开关管Q2导通时，脉冲驱动信号控制驱动电路10停止工作，并对待测器件DUT进行电压采样。
在本实施例中，功率半导体器件健康监测电路是将功率半导体器件驱动电路10与阈值电压测量电路相结合，构成一种可测量阈值电压的智能驱动，即功率半导体器件健康监测的智能驱动；其中，驱动电路10用来对控制电路的信号进行放大的中间电路(即放大控制电路的信号使其能够驱动功率晶体管)，即将控制芯片11输出的PWM(Pulsewidthmodulation，脉冲宽度调制)脉冲放大到足以驱动功率晶体管开关功率的放大作用。
需要说明的是，控制芯片11可以是控制电路，也可以是控制系统等用于机械和电气设备控制(包括检测)的设备或装置。
在本实施例中，第一开关管Q1和第二开关管Q2可以是三极管、IGBT(InsulatedGateBipolarTransistor，绝缘栅双极型晶体管)、场效应管其中的任意一种，其中第一开关管Q1和第二开关管Q2可以是相同类型的开关管，也可以是不同类型的开关管。
优选的，第一开关管Q1和第二开关管Q2为三极管，且选用开关三级管，开关三极管工作于截止区和饱和区，实现开关管的关断和导通。
具体的，第一开关管Q1选用N-MOSFET2N-7002型号的开关管；第二开关管Q2选用N-MOSFET2N-7002型号的开关管。
在本实施例中，电压采样模块20可以是通用型数据采集模块，内嵌高性能ARM(AdvancedRISCMachine，处理器)，针对工业自动化控制场景而设计，采用电源、测量、通信互相隔离等技术，输入端采用ESD(Electro-Staticdischarge，静电释放)、过压、过流保护等设计，具有性能稳定、抗干扰性强，也可以是具有在线通用电压采集功能的设备或装置等。
在本实施例中，电流源S即理想电流源，是从实际电源抽象出来的一种模型，不论其两端的电压为多少，其端钮总能向外部提供一定的电流而，电流源S具有两个基本的性质：第一，它提供的电流是定值I或是一定的时间函数I(t)与两端的电压无关。第二，电流源S自身电流是确定的，而它两端的电压是任意的。由于电流源S的电流是固定的，所以电流源S不能断路，电流源S与电阻串联时其对外电路的效果与单个电流源S的效果相同。此外，电流源S与电压源是可以等效转换的，一个电流源S与电阻并联可以等效成一个电压源与电阻串联；具体的，电流源S可以设置5.2mA大小的电流值。
在本实施例中，待测器件DUT还可以包括至少一个二极管，设置的二极管与待测器件内部开关器件并联，用于提高电路的可靠性和稳定性,同时还能够增加电路的效率和性能。
参阅图2，图2是本发明一实施例提供的一种驱动电路原理图；驱动电路10包括：第一晶体管V1、第二晶体管V2、隔离电容C、高频磁环T1、第一二极管Z1、第三电阻R3；第一晶体管V1的控制端和第二晶体管V2的控制端作为驱动电路10输入端，与控制芯片11连接，输入脉冲驱动信号；第一晶体管V1的第一端，与内置电源连接；隔离电容C的第一端，与第一晶体管V1的第二端和第二晶体管V2的第一端连接；高频磁环T1原边的第一端，与隔离电容C的第二端连接；高频磁环T1原边的第二端，与第一晶体管V1的第二端连接；第三电阻R3的第一端，与高频磁环T1副边的第一端连接；第一二极管Z1的输出端，与第三电阻R3的第二端和待测器件DUT的栅极连接；第三电阻R3的第二端作为驱动电路10的输出端，输出驱动信号至待测器件DUT。
在本实施例中，第一晶体管V1、第二晶体管V2可以是三极管、场效应管、晶闸管其中任一一种；第一晶体管V1和第二晶体管V2可以是同种类型的晶体管，也可以是不同种类型的晶体管。
优选的，第一晶体管V1、第二晶体管V2为三极管时，第一晶体管V1和第二晶体管V2互补导通使晶体管之间相互导通或关断。
在本实施例中，第一二极管Z1为SBD(SchottkyBarrierDiode,肖特基势垒二极管)，SBD不是利用P型半导体与N型半导体接触形成PN结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，SBD也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。
在本实施例中，隔离电容C可以是隔离电容器，电容器的结构是在两个极板之间有一层绝缘体具有抗干扰的作用。
在本实施例中，高频磁环T1是抑制高次谐波的磁环，可以是是镍锌磁环。
在本实施例中，内置电源设置为+15v电压，具体还可以根据实验需要进行替换相应的电压值，在此不做具体限制。
在其中一个实施例中，驱动电路10还包括第二二极管Z2，第二二极管Z2的输出端，与第一二极管Z1的输入端连接；第二二极管Z2的输入端，与高频磁环T1副边的第二端和待测器件DUT的源极连接。
在本实施例中，第二二极管Z2与第一二极管Z1选用相同的二极管，均为SBD。
在其中一个实施例中，健康监测电路还包括：第一电阻R1，第一电阻R1的第一端与第一开关管Q1的第一端和电流源S连接；第一电阻R1的第二端与待测器件DUT连接；和/或，第二电阻Rgint，第二电阻Rgint的第一端与驱动电路10和第二开关管Q2的第二端连接；第二电阻Rgint的第二端与待测器件DUT连接。
在本实施例中，第二电阻Rgint与第二开关管Q2形成第一回路，第一回路为电流导通方向形成的回路；第一电阻R1与单项导通二极管T2形成第二回路，第二回路是为电流导通方向形成的回路；需要说明的是，第二电阻Rgint为待测器件DUT的栅极驱动电阻，第一电阻R1为第二回路电阻；其中，第二电阻Rgint的阻值大于第一电阻R1的阻值，可以根据实验需要和开关管导通参数选择第一电阻R1和第二电阻Rgint的阻值范围；优选的，第一电阻R1可以为4.7欧姆，第二电阻Rgint可以为1欧姆。
需要说明的是，第一电阻R1和第二电阻Rgint可以同时设置；或者，也可以通过控制芯片设置相应的脉冲参数控制相应的开关管的导通或关断时，择一设置第一电阻R1和第二电阻R2之中一项，具体根据实验要求择一设置电阻或同时设置两个电阻。
在其中一个实施例中，健康监测电路还包括单项导通二极管T2，单项导通二极管T2的输入端与第一开关管Q1的第一端和第二开关管Q2的第一端连接；单项导通二极的输出端与第一电阻R1的第一端连接。
在本实施例中，单项导通二极管T2可以是稳压管，稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，具有稳定电压的作用。稳压管是工作在PN结的反向击穿状态，通过在制造过程中的工艺措施和使用时限制反向电流的大小，能保证稳压管在反向击穿状态下不会因过热而损坏。
本发明实施例的第二方面提供了一种功率半导体器件故障监测方法，包括：S1检测与待测器件DUT栅极连接的驱动电路10是否正常工作；当驱动电路10正常工作时，脉冲驱动信号控制驱动电路10，驱动信号控制待测器件DUT工作；其中，脉冲驱动信号由控制芯片11输出，驱动信号由驱动电路10输出；此时阈值电压测量电路中的第一开关管Q1导通，第二开关管Q2关断，测量电路中的电流源S通过第一开关管Q1流向地；当驱动电路10停止工作时，进入步骤2；S2第一开关管Q1关断，第二开关管Q2导通，电流源S使待测器件DUT导通，当待测器件DUT漏极电流增大到预设值时，待测器件DUT栅极电压被钳位后进入步骤3；S3通过电压采样电路测量被钳位的栅极电压。
参阅图3，图3是本发明一实施例提供的一种驱动正常工作时信号与电流流向原理图；功率半导体器件故障监测方法结合电路工作原理，首先检测栅极驱动是否正常工作。在驱动电路10正常工作时，控制芯片11正常向驱动电路10发送PWMdrive信号，以驱动待测器件DUT正常工作，此时阈值电压测量电路中的第一开关管Q1打开，第二开关管Q2关闭；测量电路中的电流源S通过第一开关管Q1流向地。然后，打开开关管Q2，在驱动电路10停止工作时。
同时根据图4，图4是本发明一实施例提供的一种待测器件在电压源与电流源下的导通过程图；关闭第一开关管Q1，打开第二开关管Q2，开始测量阈值电压。驱动电路10通过在待测器件DUT栅极施加正向电压使器件导通不同，测量电路通过电流源S使开关管导通。
需要说明的是，功率半导体器件在栅极有电压源或者电流源时，根据器件导通过程的各参数变化产生不同的效果。具体根据电压源信号、电流源信号在相应的时间段产生对应的技术效果。
进一步的，在驱动电路工作时，PWMdrive正常发波，电压源加到了功率器件的栅极使其开通，此时第一开关管Q1是开通的，而第二开关管Q2关闭的，测量电路的电流源通过第二开关管Q2接地，不工作。
进一步的，当PWMdrive为低电平，驱动电路不工作，开关管Q1关闭，Q2开通，此时电流源会使功率器件开通，测量电路工作。需要说明的是，电压源和电流源的信号改变过程由3种PWM波控制，可见图5。
参阅图5，图5是本发明一实施例提供的一种驱动电路开关时序图；在t0-t1阶段，开关管处于截止区，电流源S输入电流通过第一回路向待测器件DUT充电，此时待测器件DUT栅极电压不断增加，在t1之后，栅极电压达到阈值电压，由于第二回路的第一电阻R1小于第一回路的第二电阻Rgint，待测器件DUT漏极电流开始增加，电流源S输入电流从第一回路开始转移到第二回路，当待测器件DUT漏极电流增大到电流预设值时，待测器件DUT漏极电流不再增加，第一回路连接待测器件DUT的栅极电压被钳位，此时的待测器件DUT栅极电压即为电流源S输出至待测器件DUT漏极的预设电流值。
需要说明的是，在PWMdrive信号处于驱动正常工作阶段时，它连续处于高低电平的切换中，此时电压源会使功率器件在主功率电路中正常工作，在不同周期与同周期内的变化过程使器件在功率电路中保持正确的工作情况；
PWM1与PWM2信号不存在周期性，在器件正常在主功率电路中工作时，PWM1为高电平，表示第一开关管Q1开通，PWM2为低电平，表示第二开关管Q2关闭；在需要测量阈值电压时，PWM1为低电平，关闭第一开关管Q1，PWM2为高电平，开通第二开关管Q2，使测量电路工作。
参阅图6，图6是本发明一实施例提供的一种阈值电压测量波形图；在测量阈值电压Vth时，第二开关管Q2打开，待测器件DUT处于导通状态，其栅极电压被钳位保持不变，此时，测量待测器件DUT栅源电压的大小，其值等于待测器件DUT的阈值电压，通过电压采样电路将阈值电压传回控制芯片11中，即完成了阈值电压的测量，并通过公式Vth＝Vgs表示数值大小。
需要说明的是，阈值电压是功率器件开始导通的栅源电压，图6测量的电压是被钳位的栅源电压，即是技术方案中所需要测量的阈值电压。
进一步的，测量的结果是针对本申请提出的阈值电压的测量结果，只是在测量过程中，对PWM1和PWM2信号进行了周期性的处理，所以功率器件处于周期的开通关断过程，图6的测量结果呈现出周期性，此时驱动电路是一直保持关闭的。在实际情况中具有良好的适用性，测量结果要求带宽低，测量结果稳定。
参阅图7，图7是本发明一实施例提供的一种功率半导体智能驱动流程图。首先检查待测器件栅极驱动是否正常，如果正常重复检查；如果不正常，进入S2,后然后测量阀值电压。在S1中，控制芯片11输出脉冲驱动信号控制驱动电路10，第一晶体管V1的控制端和第二晶体管V2的控制端作为驱动电路10输入端，输入脉冲驱动信号；第一晶体管V1和第二晶体管V2互补导通控制其驱动电路10导通，以输出驱动信号。
在本实施例中，第一晶体管V1和第二晶体管V2采用互补晶体管逻辑，实现逻辑门电路。
在其中一个实施例中，S2包括：在t0-t1阶段，当待测器件DUT处于截止区，电流源S输入电流通过第一回路向待测器件DUT充电，此时待测器件DUT栅极电压不断增加；在t1之后，当待测器件DUT栅极电压达到阈值电压，由于第二电阻Rgint阻值小于第一电阻R1阻值，待测器件DUT漏极电流开始增加，电流从第一回路开始转移到第二回路；当待测器件DUT漏极电流增大到电流预设值时，待测器件DUT漏极电流不再增加，第一回路的待测器件DUT栅极电压被钳位。
在本实施例中，待测器件DUT接入电压源或电流源S时的导通过程，可以包括多个时间段，具体时间段根据实验需要和检测结果划分。
在其中一个实施例中，S3包括，当第二开关管Q2导通，待测器件DUT处于导通状态，待测器件DUT栅极电压被钳位保持不变时，测量待测器件DUT栅源电压值。
需要说明的是，待测器件DUT选择CREE公司的SiCMOSFET(silicon carbide，碳化硅)C3M0120065D型号器件作为待测器件。
在其中一个实施例中，S3测量栅源电压的大小时，根据公式Vth＝Vgs计算得到述待测器件DUT栅源电压值；其中，Vth为待测器件DUT的阈值电压，Vgs为测量待测器件DUT栅源电压值。
在本实施例中，阈值电压Vth通常将传输特性曲线中输出电流随输入电压改变而急剧变化转折区的中点对应的输入电压称为阈值电压.在描述不同的器件时具有不同的参数。
Claims (10)
1.一种功率半导体器件健康监测电路，其特征在于，包括：
驱动电路，与控制芯片连接，用于接收所述控制芯片输出的脉冲驱动信号，并输出驱动信号控制待测器件工作；
第一开关管，所述第一开关管的控制端与所述控制芯片连接，用于接收所述控制芯片的第一脉冲信号，并根据所述第一脉冲信号控制所述第一开关管的导通或关断；所述第一开关管的第一端与电流源连接；所述第一开关管的第二端接地；
第二开关管，所述第二开关管的控制端与所述控制芯片连接，用于接收所述控制芯片的第二脉冲信号，并根据所述第二脉冲控制所述第二开关管的导通或关断；所述第二开关管的第一端与所述电流源连接；所述第二开关管的第二端与所述驱动电路连接；其中，所述电流源为所述第一开关管和所述第二开关管提供激励电流；
电压采样模块，与所述控制芯片和待测器件连接，当所述第一脉冲信号和第二脉冲信号，分别控制所述第一开关管关断和第二开关管导通时，所述脉冲驱动信号控制所述驱动电路停止工作，并对所述待测器件进行电压采样。
2.如权利要求1所述的健康监测电路，其特征在于，所述驱动电路包括：第一晶体管、第二晶体管、隔离电容、高频磁环、第一二极管、第三电阻；
所述第一晶体管的控制端和所述第二晶体管的控制端作为所述驱动电路输入端，与所述控制芯片连接，输入所述脉冲驱动信号；
所述第一晶体管的第一端，与内置电源连接；
所述隔离电容的第一端，与所述第一晶体管的第二端和所述第二晶体管的第一端连接；
所述高频磁环原边的第一端，与所述隔离电容的第二端连接；所述高频磁环原边的第二端，与所述第一晶体管的第二端连接；
所述第三电阻的第一端，与所述高频磁环副边的第一端连接；
所述第一二极管的输出端，与所述第三电阻的第二端和所述待测器件的栅极连接；
所述第三电阻的第二端作为所述驱动电路的输出端，输出驱动信号至所述待测器件。
3.如权利要求2所述的健康监测电路，其特征在于，所述驱动电路还包括第二二极管；
所述第二二极管的输出端，与所述第一二极管的输入端连接；
所述第二二极管的输入端，与所述高频磁环副边的第二端和待测器件的源极连接。
4.如权利要求1所述的健康监测电路，其特征在于，所述健康监测电路还包括：
第一电阻，所述第一电阻的第一端与所述第一开关管的第一端和所述电流源连接；所述第一电阻的第二端与待测器件连接；和/或，
第二电阻，所述第二电阻的第一端与所述驱动电路和所述第二开关管的第二端连接；所述第二电阻的第二端与所述待测器件连接。
5.如权利要求1或4所述的健康监测电路，其特征在于，所述健康监测电路还包括单项导通二极管，所述单项导通二极管的输入端与所述第一开关管的第一端和所述第二开关管的第一端连接；所述单项导通二极的输出端与所述第一电阻的第一端连接。
6.一种功率半导体器件故障监测方法，其特征在于，包括：
S1，检测与待测器件栅极连接的驱动电路是否正常工作；
当所述驱动电路正常工作时，脉冲驱动信号控制所述驱动电路，驱动信号控制所述待测器件工作；其中，所述脉冲驱动信号由控制芯片输出，所述驱动信号由所述驱动电路输出；此时阈值电压测量电路中的第一开关管导通，第二开关管关断，测量电路中的电流源通过第一开关管流向地；
当所述驱动电路停止工作时，进入步骤2；
S2，第一开关管关断，第二开关管导通，电流源使所述待测器件导通，当所述待测器件漏极电流增大到预设值时，所述待测器件栅极电压被钳位后进入步骤3；
S3，通过电压采样电路测量被钳位的栅极电压。
7.如权利要求6所述的故障监测方法，其特征在于，在S1中，控制芯片输出脉冲驱动信号控制所述驱动电路，第一晶体管的控制端和第二晶体管的控制端作为所述驱动电路输入端，输入所述脉冲驱动信号；所述第一晶体管和所述第二晶体管互补导通控制其所述驱动电路导通，以输出驱动信号。
8.如权利要求6所述的故障监测方法，其特征在于，S2包括：
在t0-t1阶段，当所述待测器件处于截止区，电流源输入电流通过第一回路向所述待测器件充电，此时所述待测器件栅极电压不断增加；
在t1之后，当所述待测器件栅极电压达到阈值电压，由于第二电阻阻值小于第一电阻阻值，所述待测器件漏极电流开始增加，电流从所述第一回路开始转移到第二回路；
当所述待测器件漏极电流增大到电流预设值时，所述待测器件漏极电流不再增加，所述第一回路的所述待测器件栅极电压被钳位。
9.如权利要求6所述的故障监测方法，其特征在于，S3包括，当第二开关管导通，所述待测器件处于导通状态，所述待测器件栅极电压被钳位保持不变时，测量所述待测器件栅源电压值。
10.如权利要求9所述的故障监测方法，其特征在于，S3测量栅源电压的大小时，根据公式Vth＝Vgs计算得到述待测器件栅源电压值；其中，Vth为测量所述待测器件栅源电压值，Vgs为待测器件的阈值电压。
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| CN202310472633.1A CN116609629A (zh) | 2023-04-27 | 2023-04-27 | 一种功率半导体器件健康监测电路及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117406059A (zh) * | 2023-12-15 | 2024-01-16 | 国网天津市电力公司电力科学研究院 | 功率开关管风险定位方法及装置 |
| CN118091354A (zh) * | 2024-03-01 | 2024-05-28 | 重庆平伟实业股份有限公司 | 一种mos管测试电路 |
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