CN116718884A - 导通压降检测电路、设备和电力变换装置 - Google Patents
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Abstract
本公开提供一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路、设备和电力变换装置。导通压降检测电路，包括：测量电路，具有串联连接的可变电阻器和采样电阻，所述可变电阻器与所述采样电阻所在串联支路的两端分别连接被测器件的第一极和第二极；其中，所述被测器件为绝缘栅型半导体器件；其中，在所述被测器件的第一极与第二极之间的电压差为其工作电压差的情况下，并且所述可变电阻器的电流值与所述可变电阻器两端的电压值正相关，并且所述可变电阻器的电阻值与所述可变电阻器两端的电压值正相关，并且所述采样电阻两端电压绝对值与所述被测器件的第一极和第二极之间的电压绝对值正相关。
Description
技术领域
本公开涉及半导体器件检测技术领域，具体涉及一种导通压降检测电路、设备和电力变换装置。
背景技术
本部分旨在为权利要求书中陈述的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
绝缘栅型半导体器件例如是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、绝缘栅双极型晶体管(IGBT)等。绝缘栅型半导体器件的漏/集电极与源/发射极(下文对漏/集电极与源/发射极不做区分，将二者统称为第一极和第二极)之间的电压差在其导通状态与关断状态两种情况下差异很大。特别是绝缘栅型半导体器件用于大功率的应用场景时，其第一极与第二极之间的电压差在其导通状态与关断状态两种情况下差异更大。这就要求绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路既要能承受较大的电压，又要能对较小的电压具有较好的测量精度。当然，导通压降检测电路本身结构不应过于复杂，否则会造成成本提高和可靠性降低。
发明内容
本公开提供一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路、设备和电力变换装置。
本公开采用如下技术方案：一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，包括：
测量电路，具有串联连接的可变电阻器和采样电阻，所述可变电阻器与所述采样电阻所在串联支路的两端分别连接被测器件的第一极和第二极；
其中，所述被测器件为绝缘栅型半导体器件；
其中，在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的电流绝对值与所述可变电阻器两端的电压绝对值正相关，并且所述可变电阻器的电阻值与所述可变电阻器两端的电压绝对值正相关，并且所述可变电阻器的电阻值为正值，并且所述采样电阻两端电压绝对值与所述被测器件的第一极和第二极之间的电压绝对值正相关。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：N沟道耗尽型晶体管，所述N沟道耗尽型晶体管的控制极连接所述可变电阻器的第一端，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极连接所述可变电阻器的第一端，所述N沟道耗尽型晶体管的第二极连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管，所述多个N沟道耗尽型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第一端，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管中沿电流流动方向相邻的N沟道耗尽型晶体管之间短路连接，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管中沿电流流动方向位于两端的N沟道耗尽型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端，所述第二端部极连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述第一端部电极短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述第一端部电极通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：并联连接的多个N沟道耗尽型晶体管，所述多个N沟道耗尽型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第一端，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均连接所述可变电阻器的第一端，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第二极均连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
在一些实施例中，所述N沟道耗尽型晶体管包括N沟道耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管或N沟道耗尽型结型场效应晶体管。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：P沟道增强型晶体管和调节电阻，所述P沟道增强型晶体管的控制极连接所述可变电阻器的第二端，所述P沟道增强型晶体管的第一极通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端，所述P沟道增强型晶体管的第二极连接所述可变电阻器的第一端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：调节电阻和串联连接的多个P沟道增强型晶体管，所述多个P沟道增强型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第二端，串联连接的多个P沟道增强型晶体管中沿电流流动方向相邻的P沟道增强型晶体管之间短路连接，串联连接的多个P沟道增强型晶体管中沿电流流动方向位于两端的P沟道增强型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端，所述第二端部极通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述可变电阻器包括：调节电阻和并联连接的多个P沟道增强型晶体管，所述多个P沟道增强型晶体管的控制极连接所述可变电阻器的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管的第二极均通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管的第一极均连接所述可变电阻器的第一端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
在一些实施例中，所述P沟道增强型晶体管包括P沟道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管或P沟道增强型结型场效应晶体管。
在一些实施例中，还包括：采样电路，用于测量所述采样电阻两端电压，并根据所述采样电阻两端电压确定所述被测器件的第一极与第二极之间的电压差。
在一些实施例中，所述测量电路的所述串联支路中所述可变电阻器的数量为一个或多个。
在一些实施例中，所述测量电路的所述串联支路还包括与所述采样电阻串联连接的分压电阻。
本公开采用如下技术方案：一种电力变换装置，包括绝缘栅型半导体器件和与其对应的导通压降检测电路，所述导体压降检测电路为前述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
本公开采用如下技术方案：一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测设备，包括前述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
当被测器件处于关断状态时，其第一极与第二极之间的电压差较大，可变电阻器的电阻值也较大，采样电阻两端电压差较小，与采样电阻相连的后端电路(例如本公开中的采样电路)的输入端接收的电压信号较小，保证了采样电路以及采样电阻的可靠性。当被测器件处于导通状态时，其第一极与第二极之间的电压差较小，可变电阻器的电阻值也较小，采样电阻两端电压差不会变得过小，与采样电阻相连的后端电路(例如本公开中的采样电路)的输入端接收的电压信号在一个合理的较低的范围内，保证了采样电路的精度。进一步，导通压降检测电路的核心电路由可变电阻器与采样电阻串联形成，电路结构简单，成本和可靠性都较高，控制简单。
附图说明
图1是本公开实施例1的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图2是本公开实施例2的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图3是图2中可变电阻器的输出特性曲线图。
图4是图2中可变电阻器与采样电阻整体的输出特性曲线。
图5是本公开实施例3的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图6是本公开实施例4的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图7是本公开实施例5的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图8是本公开实施例6的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图9是图8中可变电阻器的输出特性曲线图。
图10是图8中可变电阻器与采样电阻整体的输出特性曲线。
图11是本公开实施例7的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图12是本公开实施例8的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图13是本公开实施例9的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图所示的实施例对本公开作进一步说明。
图1是本公开实施例1的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
参考图1，本公开的实施例1提供一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，包括：测量电路，具有串联连接的可变电阻器Req和采样电阻RT，所述可变电阻器Req与所述采样电阻RT所在串联支路的两端分别连接被测器件DUT的第一极和第二极；
其中，所述被测器件DUT为绝缘栅型半导体器件；
其中，在工作状态下，所述可变电阻器Req的电流绝对值与所述可变电阻器Req两端的电压绝对值正相关，并且所述可变电阻器Req的电阻值与所述可变电阻器Req两端的电压绝对值正相关，并且所述可变电阻器Req的电阻值为正值，并且所述采样电阻RT两端电压绝对值与所述被测器件DUT的第一极和第二极之间的电压绝对值正相关。
具体地，该实施例中，被测器件DUT为N型的绝缘栅双极型晶体管。被测器件DUT的控制极为其栅极G，被测器件DUT的第一极和第二极中一者为其发射极E，另一者为其集电极C。在导通压降检测电路的工作状态下，被测器件DUT其集电极C电压高于发射极E电压，并且被测器件DUT工作在安全电压范围内。
可变电阻器Req与采样电阻RT串联，该串联支路的两端分别连接被测器件DUT的第一极与第二极。图1所示的实施例中采样电阻RT与被测器件DUT的发射极E短路连接。在另一些实施例中，可变电阻器Req与被测器件DUT的发射极E短路连接。即，可变电阻器Req与采样电阻RT的位置可以对调。
当被测器件DUT处于关断状态时，其第一极与第二极之间的电压差较大，可变电阻器Req的电阻值也较大，采样电阻RT两端电压差较小，与采样电阻RT相连的后端电路(例如本公开中的采样电路)的输入端接收的电压信号较小，保证了采样电路以及采样电阻RT的可靠性。当被测器件DUT处于导通状态时，其第一极与第二极之间的电压差较小，可变电阻器Req的电阻值也较小，采样电阻RT两端电压差不会变得过小，与采样电阻RT相连的后端电路(例如本公开中的采样电路)的输入端接收的电压信号在一个合理的较低的范围内，保证了采样电路的精度。进一步，导通压降检测电路中的测量电路可以由可变电阻器Req与采样电阻RT串联形成，电路结构简单，成本和可靠性都较高，控制简单。
可选地，被测器件DUT为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。例如被测器件DUT可以为SiC-MOSFET。
可选地，被测器件DUT为N型器件。
可选地，被测器件DUT为P型器件。
可选地，被测器件DUT为分立器件。
可选地，多个被测器件DUT集成在一个功率模块中，一个被测器件DUT对应连接一个导通压降检测电路。
可选地，导通压降检测电路与被测器件DUT之间是可分离地连接的。
可选地，导通压降检测电路与被测器件DUT是固定连接的。
参考图1，导通压降检测电路进一步包括采样电路，用于测量所述采样电阻RT两端电压，并根据所述采样电阻RT两端电压确定所述被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压差。
可变电阻器Req的电流值与其两端电压的关系是确定和可测量的。通过测量采样电阻RT两端电压差，从而可以计算出流经采样电阻RT的电流值(等于流经可变电阻器Req两端的电流值)，进而可以确定可变电阻器Req两端的电压值，从而可以确定出被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压差。
进一步，将采样电阻RT两端电压差与被测器件Req的第一极和第二极之间的电压差的对应关系制作成查找表，从而采样电路可以直接由采样电阻RT两端的电压差确定被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压差。
具体地，该实施例中采样电路包括：模数转换电路ADC，用于将采样电阻RT两端的电压差由模拟量转换为数字量；光耦芯片(图中以光耦字样表示)，用于模数转换电路ADC与处理电路DSP之间的信号通信；处理电路DSP，用于将采样电阻RT两端的电压差的数字量发送至上位机；上位机，用于根据接收到的采样电阻RT两端的电压差确定被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压差。
模数转换电路ADC和处理电路DSP之间例如传递时钟信号、数据信号、开始信号。
图1仅是示例性地展示了采样电路的一种可能的电路结构。本公开对如何测量采样电阻RT两端的电压差以及如何将该电压差映射为被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压差的具体实现方式不做限定。
需要说明的是，图1中展示了串联连接的1个可变电阻器Req和1个采样电阻RT。该串联支路上可变电阻器Req的数量也可以是2个或更多个。进一步，该串联支路上也可以增加一个串联连接的电阻器(图中未示出，本文将其称为分压电阻)，以调节采样电阻RT两端的电压差。
图2是本公开实施例2的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
参考图2，所述可变电阻器Req包括：N沟道耗尽型晶体管M，所述N沟道耗尽型晶体管M的控制极g连接所述可变电阻器Req的第一端T，所述N沟道耗尽型晶体管M的第一极s连接所述可变电阻器Req的第一端T，所述N沟道耗尽型晶体管M的第二极d连接所述可变电阻器Req的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器Req的第二端电压高于其第一端T电压。
具体地，该实施例中，被测器件DUT为N型的绝缘栅双极型晶体管。导通压降检测电路的工作状态下，被测器件DUT的集电极C电压高于其发射极E电压。该实施例中，N沟道耗尽型晶体管M为N型MOSFET，其第一极s为源极，其第二极d为漏极，其控制极g为其栅极。
图3是图2中可变电阻器的输出特性曲线。电阻增大方向指的是调节电阻R的增大方向，例如r2＞r1＞0。
将N沟道耗尽型晶体管M和调节电阻R作为一个整体(即可变电阻器Req)。图3横坐标表示漏极d和可变电阻器Req的第一端T(调节电阻R与采样电阻RT的连接节点)两端的电压VdT，纵坐标为流过N沟道耗尽型晶体管的电流IdT。可将该输出特性曲线图的状态分为四种，分别为可变电阻区、放大区、击穿区和截止区(截止区为图3阴影部分)。本公开实施例的N沟道耗尽型晶体管M工作在可变电阻区和放大区，不存在截止区和击穿区的状态。N沟道耗尽型晶体管M工作在放大区时N沟道耗尽型晶体管M承担被测器件DUT的第一极和第二极之间的大部分电压，将采样电阻RT两端电压限制在较小范围；N沟道耗尽型晶体管M工作在可变电阻区时，N沟道耗尽型晶体管M和调节电阻R构成的整体可等效为一个电阻(即本申请中的可变电阻器Req)。可变电阻器Req与采样电阻RT构成一个电阻分压电路。电阻分压电路的输出电压Vout与被测器件DUT的第一极C和第二极E之间的电压VCE的关系如下
可变电阻器Req的阻值记为Req。采样电阻RT的阻值记为RT。由于阻值Req与电压VCE和电压Vout二者电压差的关系是确定且可测量的。如此，可以通过Vout反映出被测器件的导通压降VCE。
继续参考图2和图3，当调节电阻R的阻值R＝0Ω时，曲线等效于N沟道耗尽型晶体管M的栅-源电压Vgs＝0V的输出特性；增大调节电阻R的阻值导致N沟道耗尽型晶体管M的栅-源电压Vgs减小，反映在输出特性曲线即为可变电阻区的斜率下降、放大区的输出电流稳定值下降。调节可变电阻区的斜率可以调节测量结果的精度。在被测器件DUT第一极与第二极之间电压VCE不变的情况下，调节电阻R阻值增加(即可调电阻器Req的等效电阻Req增加)，分压电路的输出电压Vout下降，可以使用量程更低。采用精度更高的采样电路能够使得到的被测器件DUT的导通压降更准确。
图4是图2中可变电阻器Req与采样电阻RT整体(即测量电路)的输出特性曲线。电阻增大方向指的是调节电阻R的增大方向，例如r2＞r1＞0。
将可变电阻器Req与采样电路RT构成的串联支路作为整体来分析。输入为被测器件DUT的第一极与第二极之间的电压VCE，输出为采样电阻RT两端电压Vout，得到输出与输入的关系如图4所示。在被测器件DUT关断时，其第一极C和第二极E两端电压VCE为高压，输出电压Vout被N沟道耗尽型晶体管M限制在较小值；在被测器件DUT导通时，输入电压VCE为低压(此时VCE即为被测器件DUT的导通压降)，输出电压Vout与被测器件DUT的导通压降近似呈线性关系。
在测量被测器件DUT导通压降前需要进行标定，以得到不同的调节电阻R下输出电压Vout和导通压降VCE对应的函数关系。得到该函数关系后可根据测得的电压Vout反演出被测器件DUT的导通压降。可通过测量一系列导通压降和其对应的输出电压Vout获取该线性关系曲线。
本实施例通过让N沟道耗尽型晶体管M工作在线性区为采样电阻RT承担高压，使采样电阻RT两端电压稳定在较低的水平。让N沟道耗尽型晶体管M工作在可变电阻区，以获取更精确的导通压降。同时可以通过改变调节电阻R的阻值以适应不同量程、不同精度的采样电路。本实施例的优势在于：结构简单、无需额外控制电路、测量精度高、自适应不同量程和精度的采样电路，可以广泛应用在各种需要精确测量电压的场合。
图2所示电路中，如将调节电阻R替换为导线，也是能够正常工作的。
图5是本公开实施例3的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
参考图5，所述可变电阻器Req包括：串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2，所述多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2的控制极g1、g2均连接所述可变电阻器Req的第一端T，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2中沿电流流动方向相邻的N沟道耗尽型晶体管M1、M2之间短路连接，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2中沿电流流动方向位于两端的N沟道耗尽型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端，所述第二端部极连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
图5所示的实施例中2个N沟道耗尽型晶体管串联连接。可选地，串联连接的N沟道耗尽型晶体管的数量可以是3个、4个等任意适当的数量。
图5所示的实施例中，第一端部晶体管为N沟道耗尽型晶体管M2，第一端部电极为N沟道耗尽型晶体管M2的源极s2。第二端部晶体管为N沟道耗尽型晶体管M1，第二端部电极为N沟道耗尽型晶体管M1的漏极d。
在一些实施例中，所述第一端部电极s2短路连接所述可变电阻器Req的第一端T，或者，所述第一端部电极s2通过调节电阻连接所述可变电阻器Req的第一端T。具体地，在图5所示实施例中，调节电阻有两个电阻R1和R2串联形成，以获得适当的阻值。调节电阻可以是单独的一个电阻，或多个电阻并联以获得合适的电阻值。
图5所示实施例中，多个N沟道耗尽型晶体管具体为2个N沟道耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管M1、M2。
多个N沟道耗尽型晶体管串联连接，可以降低每一个N沟道耗尽型晶体管承受的电压，提高N沟道耗尽型晶体管的稳定性。
图6是本公开实施例4的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
参考图6，所述可变电阻器Req包括：并联连接的多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2，所述多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2的控制极g1、g2均连接所述可变电阻器Req的第一端T，所述多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2的第一极s1、s2均连接所述可变电阻器的第一端T，所述多个N沟道耗尽型晶体管M1、M2的第二极均连接所述可变电阻器Req的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器Req的第二端电压高于其第一端T电压。
在一些实施例中，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
具体地，图6所示实施例中电阻R1和电阻R2并联以构成调节电阻，这是为了获得合适的电阻值。当然，调节电阻也可以单个电阻。
图6所示实施例中，多个N沟道耗尽型晶体管具体为2个N沟道耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管M1、M2。
多个N沟道耗尽型晶体管并联连接，可以在被测器件DUT的导通压降不变的情况下，适当增大测量电路的输出电压，以适应不同的测量精度和量程。
图7是本公开实施例5的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
实施例5与实施例2的区别在于，将N沟道耗尽型MOSFET替换为N沟道耗尽型JFET。
进一步，实施例3和实施例4中的N沟道耗尽型MOSET也可以替换换为N沟道耗尽型JFET。
图8是本公开实施例6的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
参考图8，所述可变电阻器Req包括：P沟道增强型晶体管M’和调节电阻R，所述P沟道增强型晶体管M’的控制极g连接所述可变电阻器Req的第二端，所述P沟道增强型晶体管M’的第一极s通过所述调节电阻R连接所述可变电阻器Req的第二端，所述P沟道增强型晶体管M’的第二极连接所述可变电阻器Req的第一端T；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器Req的第二端电压高于其第一端T电压。
具体地，该实施例中P沟道增强型晶体管为P沟道增强型MOSFET。
图9是图8中可变电阻器Req的输出特性曲线图。电阻减小方向指的是调节电阻R的阻值减小的方向，例如r1＜r2。
将P沟道增强型晶体管M’和调节电阻R作为一个整体，考虑其输出特性曲线如图9所示，横坐标表示节点T和s两端的电压VTs，纵坐标为流过P沟道增强型晶体管M’的电流ITs。可将输出曲线的状态分为四种，分别为可变电阻区、放大区、击穿区和截止区(截止区为图9中阴影部分)。本实施例的P沟道增强型晶体管M’工作在可变电阻区和放大区，不存在截止区和击穿区的状态。P沟道增强型晶体管M’工作在放大区时P沟道增强型晶体管M’承担被测器件DUT的C、E两端的大部分电压，将采样电阻RT两端电压限制在较小范围。
图10是图8中可变电阻器Req与采样电阻RT整体的输出特性曲线。电阻减小方向指的是调节电阻R的阻值减小的方向，例如r1＜r2。
减小调节电阻R导致P沟道增强型晶体管M’的栅-源电压|Vgs|减小，反映在输出特性曲线即为可变电阻区的斜率下降、放大区的输出电流稳定值下降。可变电阻区斜率减小即可变电阻器Req的等效电阻增大，在测量导通压降时可提高测量结果的精度。被测器件DUT的两极之间电压差VCE和测量电路的输出电压Vout关系如图10所示，调节电阻R减小有下限值，应当满足：
Vgs<VTH。 (0-1)
其中VTH为P沟道增强型晶体管M’的阈值电压，即需要满足P沟道增强型晶体管M’的栅-源电压Vgs小于阈值电压，保证P沟道增强型晶体管M’为导通状态。
图11是本公开实施例7的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图11与图8所示实施例的区别在于，将P沟道增强型M’由P沟道增强型MOSFET替换为P沟道增强型JFET。
图12是本公开实施例8的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图12所示实施例中，所述可变电阻器Req包括：调节电阻R和串联连接的多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’，所述多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’的控制极g1、g2均连接所述可变电阻器的第二端，串联连接的多个P沟道增强型晶体管g1、g2中沿电流流动方向相邻的P沟道增强型晶体管之间短路连接，串联连接的多个P沟道增强型晶体管g1、g2中沿电流流动方向位于两端的P沟道增强型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端T，所述第二端部极通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器Req的第二端电压高于其第一端T电压。
具体地，图12所示的实施例中展示了串联连接的2个P沟道增强型晶体管M1’、M2’。串联连接的P沟道增强型晶体管的数量也可以是3、4个等任意适当的数量。
P沟道增强型晶体管串联连接，可以提高测量电路整体的耐压特性，提高测量电路的安全性。
图12所示的实施例中，P沟道增强型晶体管M1’为第二端部晶体管，其源极s1为第二端部电极。P沟道增强型晶体管M2’为第一端部晶体管，其漏极d2为第一端部电极。
图13是本公开实施例9的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路的电路图。
图13所示的实施例中，所述可变电阻器Req包括：调节电阻R1、R2和并联连接的多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’，所述多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’的控制极g1、g2均连接所述可变电阻器Req的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’的第二极均通过调节电阻R1、R2连接所述可变电阻器Req的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管M1’、M2’的第一极d1、d2均连接所述可变电阻器Req的第一端T；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器Req的第二端电压高于其第一端T电压。
多个P沟道增强型晶体管并联连接，可以在被测器件DUT的导通压降不变的情况下，适当增大测量电路的输出电压，以适应不同的测量精度和量程。
图13中的P沟道增强型晶体管为P沟道增强型MOSFET。可选地，P沟道增强型晶体管可替换为P沟道增强型JFET。
基于相同的发明构思，本公开的实施例10提供本一种电力变换装置，包括绝缘栅型半导体器件和与其对应的导通压降检测电路，所述导体压降测量电路为前述实施例的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
即可以将前述实施例的导通压降检测电路集成在电力变换装置中，以检测绝缘栅型半导体器件的导通压降。
电力变换装置例如是电源设备、电动汽车、发电设备等。
基于相同的发明构思，本公开的实施例11提供一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测设备，包括前述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
该导通压降检测设备用于测量绝缘栅型半导体器件的导通压降。导通压降测量设备例如还包括：显示屏、操作按钮、壳体、探针等其他零部件。被测器件DUT的第一极和第二极分别通过一探针实现与导通压降检测电路的电连接。显示屏例如可以显示被测器件DUT的导通压降的检测值。
本公开中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
本公开的保护范围不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本公开进行各种改动和变形而不脱离本公开的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本公开权利要求及其等同技术的范围，则本公开的意图也包含这些改动和变形在内。
Claims (17)
1.一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，包括：
测量电路，具有串联连接的可变电阻器和采样电阻，所述可变电阻器与所述采样电阻所在串联支路的两端分别连接被测器件的第一极和第二极；
其中，所述被测器件为绝缘栅型半导体器件；
其中，在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的电流绝对值与所述可变电阻器两端的电压绝对值正相关，并且所述可变电阻器的电阻值与所述可变电阻器两端的电压绝对值值正相关，并且所述可变电阻器的电阻值为正值，并且所述采样电阻两端电压绝对值与所述被测器件的第一极和第二极之间的电压绝对值正相关。
2.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：N沟道耗尽型晶体管，所述N沟道耗尽型晶体管的控制极连接所述可变电阻器的第一端，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极连接所述可变电阻器的第一端，所述N沟道耗尽型晶体管的第二极连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
3.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述N沟道耗尽型晶体管的第一极通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
4.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管，所述多个N沟道耗尽型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第一端，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管中沿电流流动方向相邻的N沟道耗尽型晶体管之间短路连接，串联连接的多个N沟道耗尽型晶体管中沿电流流动方向位于两端的N沟道耗尽型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余N沟道耗尽型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端，所述第二端部极连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
5.根据权利要求4所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述第一端部电极短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述第一端部电极通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
6.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：并联连接的多个N沟道耗尽型晶体管，所述多个N沟道耗尽型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第一端，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均连接所述可变电阻器的第一端，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第二极均连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
7.根据权利要求6所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均短路连接所述可变电阻器的第一端，或者，所述多个N沟道耗尽型晶体管的第一极均通过调节电阻连接所述可变电阻器的第一端。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述N沟道耗尽型晶体管包括N沟道耗尽型金属氧化物半导体场效应晶体管或N沟道耗尽型结型场效应晶体管。
9.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：P沟道增强型晶体管和调节电阻，所述P沟道增强型晶体管的控制极连接所述可变电阻器的第二端，所述P沟道增强型晶体管的第一极通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端，所述P沟道增强型晶体管的第二极连接所述可变电阻器的第一端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
10.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：调节电阻和串联连接的多个P沟道增强型晶体管，所述多个P沟道增强型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第二端，串联连接的多个P沟道增强型晶体管中沿电流流动方向相邻的P沟道增强型晶体管之间短路连接，串联连接的多个P沟道增强型晶体管中沿电流流动方向位于两端的P沟道增强型晶体管分别为第一端部晶体管和第二端部晶体管，所述第一端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第一端部电极，所述第二端部晶体管的第一极和第二极中未连接其余P沟道增强型晶体管的一者为第二端部电极；
所述第一端部电极连接所述可变电阻器的第一端，所述第二端部极通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
11.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述可变电阻器包括：调节电阻和并联连接的多个P沟道增强型晶体管，所述多个P沟道增强型晶体管的控制极均连接所述可变电阻器的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管的第二极均通过所述调节电阻连接所述可变电阻器的第二端，所述多个P沟道增强型晶体管的第一极均连接所述可变电阻器的第一端；
在所述导通压降检测电路的工作状态下，所述可变电阻器的第二端电压高于其第一端电压。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述P沟道增强型晶体管包括P沟道增强型金属氧化物半导体场效应晶体管或P沟道增强型结型场效应晶体管。
13.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，还包括：采样电路，用于测量所述采样电阻两端电压，并根据所述采样电阻两端电压确定所述被测器件的第一极与第二极之间的电压差。
14.根据权利要求1所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述测量电路的所述串联支路中所述可变电阻器的数量为一个或多个。
15.根据权利要求1所述的缘栅型半导体器件的导通压降检测电路，其特征在于，所述测量电路的所述串联支路还包括与所述采样电阻串联连接的分压电阻。
16.一种电力变换装置，包括绝缘栅型半导体器件和与其对应的导通压降检测电路，其特征在于，所述导体压降测量电路为根据权利要求1至15中任一项所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
17.一种绝缘栅型半导体器件的导通压降检测设备，其特征在于，包括根据权利要求1至15中任一项所述的绝缘栅型半导体器件的导通压降检测电路。
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