CN117031227B - 一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，可由单个或多个基本单元构成；单个基本单元包括：常通型开关器件、二极管和钳位电压源；钳位电压源可以为独立电压源或稳压二极管；常通型开关器件的栅极与钳位电压源的正极连接；二极管的正极与常通型开关器件的源极连接，该二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接；常通型开关器件的漏极与钳位电压源的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测器件；常通型开关器件的源极与钳位电压源的负极作为监测电路的输出端；当被测功率半导体器件处于导通状态时，监测电路中的二极管为截止状态，常通型开关器件处于导通状态，监测电路的输出端为被测功率半导体器件的导通压降。
Description
技术领域
本发明属于功率半导体器件的状态监测技术领域，具体涉及一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路。
背景技术
导通压降是指当功率半导体器件处于导通状态时，其功率端子两端的电压，如IGBT器件集电极和发射极间的导通压降VCE,sat、MOSFET器件漏极和源极间的导通压降VDS,sat、以及二极管阳极和阴极间的正向导通压降VF。已有研究证明导通压降与功率半导体器件的健康状态息息相关。当功率半导体器件出现老化时，其导通压降会随之出现相应变化。因此，可利用导通压降对功率半导体器件的健康状态进行间接评估。另外，导通压降与功率半导体器件的结温成线性关系，因此也可利用导通压降对功率半导体器件的结温进行实时测量，进而实现过温保护和寿命预测。
但目前功率半导体器件导通压降的准确测量存在巨大挑战，这是由于健康状态监测对导通压降的测量要求极高。在功率半导体器件运行过程中，当其处于关断状态时，功率端子电压等级可达几百上千伏，而当其处于导通状态时，导通压降只有几伏，并且要求测量精度能达到毫伏级别，因此传统的导通压降测量方法已经无法满足需求。
对于已有在线导通压降测量方案，文献[M.Mankel and C.Castro-Serrato,“Insulated-gate bipolar transistorcollector-emitter saturation voltagemeasurement,”Feb.21 2017,uS Patent 9,575,113.]利用可控开关实现，并保证该可控开关与被测器件具有同步开关的功能，但该方法使用复杂，需要额外电路去感应被测器件的开关状态。文献[R.I.Davis and D.J.Sprenger,“Methodology and apparatus for rapidpower cycle accumulation and in-situ incipient failure monitoring for powerelectronic modules,”in 2014IEEE 64th Electronic Components and TechnologyConference(ECTC).IEEE,2014,pp.1996–2002.]利用电阻与稳压二极管串联的方式，利用电阻承受高压，但对于测量电路，若电阻值太低，则无法承受高压，如电阻值太高，则会导致较大的测量误差。文献[S.Beczkowski,P.Ghimre,A.R.de Vega,S.Munk-Nielsen,B.Rannestad,and P.Thogersen,“Online vce measurement method for wearoutmonitoring of high power igbt modules,”in2013 15th European Conference onPower Electronics and Applications(EPE).IEEE,2013,pp.1–7.]利用高压二极管承受高压，然后利用电压源/电流源在被测器件处于导通状态的时候保证该二极管导通，进而实现导通压降的测量，但该类方案中二极管的正向压降会引入测量误差，以及需要额外的电源。文献[S.Dusmez and B.Akin,“An accelerated thermal aging platform to monitorfault precursor on-state resistance,”in 2015IEEE International ElectricMachines&Drives Conference(IEMDC).IEEE,2015,pp.1352–1358]利用具有自控能力的开关MOSFET和电压源串联，当被测器件处于关断状态时，该MOSFET自动关断承受高压，当被测器件处于导通状态时，该MOSFET自动导通，进而实现导通压降的测量，但由于MOSFET在低电流时，其导通压降极其低，因此该方法的测量精度较高，同时该方案还需要引入额外的电源，电路较为复杂。上述方案均为器件级的功率半导体器件导通压降测量，仅可测量单个功率半导体器件的导通压降，并且只能承受单向电压。
发明内容
发明目的：为解决现有导通压降测量方案中存在的电路复杂、测量精度低、需额外引入外接电源以及仅可测量单个功率半导体器件的导通压降并且只能承受单向电压的问题，本发明提出了一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路。
技术方案：一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，由单个或多个基本单元构成；
每个所述基本单元均包括：常通型开关器件、二极管和钳位电压源；
所述常通型开关器件的栅极与钳位电压源的正极连接；
所述二极管的正极与常通型开关器件的源极连接，该二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接；
所述常通型开关器件的漏极与钳位电压源的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测器件；常通型开关器件的源极与钳位电压源的负极作为监测电路的输出端；
当被测功率半导体器件处于导通状态时，二极管为截止状态，常通型开关器件处于导通状态，监测电路的输出端为被测功率半导体器件的导通压降；
当被测功率半导体器件处于关断状态时，二极管为导通状态，常通型开关器件处于关断状态，监测电路的输出电压被钳位在钳位电压源的电压值。
进一步的，所述常通型开关器件的电压等级高于被测功率半导体器件的最高电压等级，所述钳位电压源的电压高于被测功率半导体器件导通压降的最大值。
进一步的，所述钳位电压源为稳压二极管，所述稳压二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接，常通型开关器件的源极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输出端，常通型开关器件的漏极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输入端。
进一步的，所述稳压二极管的稳压值大于被测功率半导体器件导通压降的最大值。
进一步的，采用2个基本单元实现对半桥电路中两个功率半导体器件的导通压降进行监测，记为第一基本单元和第二基本单元；
所述第一基本单元的钳位电压源的正极与第二基本单元的常通型开关器件的源极连接；
所述第一基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的常通型开关器件的漏极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中上桥臂功率半导体器件，第一基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的常通型开关器件的源极作为监测电路的输出端，对半桥电路中上桥臂功率半导体器件进行导通压降监测；
所述第二基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的钳位电压源的正极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中下桥臂功率半导体器件，第二基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的钳位电压源的正极作为监测电路的输出端，对半桥电路中下桥臂功率半导体器件进行导通压降监测。
进一步的，采用2个基本单元实现对单相全桥变换器中四个功率半导体器件的变换器级导通压降监测，记为第一基本单元和第二基本单元；
所述第一基本单元的输入端作为监测电路的输入端，与单相全桥变换器中两个半桥电路的中性点连接；
所述第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端；
所述第二基本单元的输出端作为监测电路的输出端，用于获取包含单相全桥变换器中四个功率半导体器件导通压降的变换器级导通压降信息。
进一步的，采用4个基本单元实现对三相全桥变换器中六个功率半导体器件的变换器级导通压降监测，记为第一基本单元、第二基本单元、第三基本单元和第四基本单元；
所述第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端；
所述第三基本单元的输出端反接第四基本单元的输入端；
所述第一基本单元中的钳位电压源的正极与第一基本单元中的常通型开关器件的漏极连接；
所述第一基本单元中的常通型开关器件的漏极、第一基本单元中的钳位电压源的正极和第二基本单元中的钳位电压源的正极作为监测电路的输入端，与三相全桥变换器中的三相半桥电路的中性点连接；
所述第二基本单元的输出端作为监测电路的第一输出端，用于获取第一基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息；
所述第四基本单元的输出端作为监测电路的第二输出端，用于获取第三基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)采用本发明的监测电路，可实现变流器级别的在线测量；
(2)采用本发明的监测电路，可实现非侵入式在线测量；
(3)本发明的监测电路具有电路尺寸小、成本低、能承受双向电压、无需外接电源进行供电、即插即用等优点。
附图说明：
图1为本发明的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路图；其中，图1中的(a)为一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路的基本单元结构，图1中的(b)为一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路的另一种基本单元结构；
图2为变流器中的一个半桥电路上功率半导体器件导通压降监测电路图；
图3为单相变流器中所有功率半导体器件导通压降监测电路图；
图4为三相变流器中所有功率半导体器件导通压降的监测电路图；
图5为单相逆变器的理论输出波形和本发明监测电路的输出理论波形图；其中，图5中的(a)为单相逆变器的理论输出波形，图5中的(b)为本发明监测电路的输出理论波形图；
图6为实际测量实验波形图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例进一步阐明本发明。
实施例1：
本实施例公开了一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其由1个或多个基本单元构成，实现对功率半导体器件导通压降的监测。
图1中的(a)示出了基本单元的一种结构，其主要包括：常通型开关器件S1、二极管D1和钳位电压源Vs；常通型开关器件S1的栅极与钳位电压源Vs的正极连接，常通型开关器件S1的漏极与钳位电压源Vs的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测功率半导体器件(图1中的DUT)；二极管D1的正极与常通型开关器件S1的源极连接，二极管D1的负极与常通型开关器件S1的栅极连接，由常通型开关器件S1的源极与钳位电压源Vs的负极作为监测电路的输出端。
本实施例中的常通型开关器件S1包括但不限于耗尽型N通道MOSFET，对于耗尽型N通道MOSFET，当其栅极-源极电压大于零时，被测功率半导体器件处于导通状态，当其栅极-源极电压为负值时，被测功率半导体器件处于关断状态；常通型开关器件S1的电压等级需高于被测器件(图1中的DUT)的最高电压等级，钳位电压源Vs的电压要高于被测功率半导体器件(图1中的DUT)导通压降的最大值。
当被测功率半导体器件(图1中的DUT)处于导通状态时，其两端电压vds为导通压降，由于导通压降的最大值都低于钳位电压源Vs，此时二极管D1为截止状态，常通型开关器件S1没有电流通过，栅极-源极电压vgs为零，常通型开关器件S1处于导通状态，此时监测电路的输出电压即为被测功率半导体器件(图1中的DUT)的导通压降。
当被测功率半导体器件(图1中的DUT)处于关断状态时，其两端电压vds从低压导通电压上升为高压直流母线电压，当vds电压高于钳位电压源Vs电压时，二极管D1被导通，此时常通型开关器件S1的栅极-源极间形成一个负电压，导致常通型开关器件S1被关断，处于高阻态。此时被测功率半导体器件(图1中的DUT)两端的高压母线电压无法通过常通型开关器件S1，此时监测电路的输出电压被钳位在钳位电压源Vs的电压值。
实施例2：
本实施例2在实施例1的基础上示出了另一结构的基本单元，可参见图1中的(b)。图1中的(a)和图1中的(b)均能实现监测被测功率半导体器件(图1中的DUT)的导通压降。图1中的(b)示出的结构为将图1中的(a)的钳位电压源Vs替换为稳压二极管D2得到，即将常通型开关器件S1的栅极与稳压二极管D2的负极连接，常通型开关器件S1的漏极与稳压二极管D2的正极作为监测电路的输入端，用于接入被测功率半导体器件(图1中的DUT)；二极管D1的正极与常通型开关器件S1的源极连接，二极管D1的负极与常通型开关器件S1的栅极连接，由常通型开关器件S1的源极与稳压二极管D2的正极作为监测电路的输出端。对于图1中的(b)示出的基本单元，稳压二极管D2的稳压值需大于被测功率半导体器件(图1中的DUT)导通压降的最大值，以及常通型开关器件S1的电压等级需高于被测功率半导体器件(图1中的DUT)的最高电压等级。
本实施例示出的基本单元结构能实现实施例1中公开的基本单元结构的所有功能，并且本实施例公开的基本单元结构无需外接电源。
实施例3：
本实施例将实施例1或2公开的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路应用于变流器中的一个半桥电路上，用于实现对半桥电路中两个功率半导体器件的导通压降进行监测。具体结构可参见图2，其主要包括：由4个开关管(图2中标记为T1、T2、T3、T4)构成的半桥电路、第一基本单元和第二基本单元。通过第一基本单元和第二基本单元对半桥电路中上桥臂功率半导体器件进行导通压降监测和对半桥电路中下桥臂功率半导体器件进行导通压降监测。在本实施例中，第一基本单元和第二基本单元为实施例1或实施例2公开的基本单元结构。
以实施例2的基本单元结构为例，如图2所示，第一基本单元和第二基本单元的连接关系为：第一基本单元的稳压二极管D2的正极与第二基本单元的常通型开关器件的源极连接；第一基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的常通型开关器件的漏极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中上桥臂功率半导体器件，第一基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的常通型开关器件的源极作为监测电路的输出端，对半桥电路中上桥臂功率半导体器件进行导通压降监测；第二基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的稳压二极管D2的正极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中下桥臂功率半导体器件，第二基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的稳压二极管D2的正极作为监测电路的输出端，对半桥电路中下桥臂功率半导体器件进行导通压降监测。
以上结构中采用实施例1公开的基本单元结构也能实现导通压降监测。
实施例4：
本实施例将实施例1或2公开的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路应用于单相变流器中所有功率半导体器件导通压降的监测，实现变换器级别的监测。
以实施例2的基本单元结构为例，具体可参见图3，包括第一基本单元和第二基本单元，其中，第一基本单元的输入端作为监测电路的输入端，与单相全桥变换器中两个半桥电路的中性点连接；第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端，第二基本单元的常通型开关器件S1的漏极与第一基本单元的稳压二极管D2的正极连接，第二基本单元的稳压二极管D2的正极与第一基本单元的常通型开关器件S1的源极连接，稳压二极管D2的正极与第二基本单元的常通型开关器件S1的源极构成本实施例的输出端，用于获取包含单相全桥变换器中四个功率半导体器件导通压降的变换器级导通压降信息。
工作原理为：当单相变流器的输出电压vab为正母线电压时，第一基本单元的常通型开关器件S1关断，监测电路的输出电压vout被钳位到第一基本单元的稳压二极管D2的稳压值。当单相变流器的输出电压vab为负母线电压时，第二基本单元的常通型开关器件S1关断，监测电路的输出电压vout被钳位到第二基本单元的稳压二极管D2的稳压值。当单相变流器的输出电压vab为正负导通压降时，第一基本单元的二极管D1和第二基本单元的二极管D1分别被截止，第一基本单元的常通型开关器件S1和第二基本单元的常通型开关器件S1分别处于导通状态，监测电路的输出电压vout为单相变流器的输出电压vab。
以上结构中采用实施例1公开的基本单元结构也能实现变换器级别的监测。
实施例5：
本实施例将实施例1或2公开的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路应用在实现三相全桥变换器中所有功率半导体器件导通压降的监测，实现变换器级别的监测。
以实施例2的基本单元结构为例，本实施例采用4个基本单元实现对三相全桥变换器中六个功率半导体器件的变换器级导通压降监测，记为第一基本单元、第二基本单元、第三基本单元和第四基本单元；第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端；第三基本单元的输出端反接第四基本单元的输入端；第一基本单元中的稳压二极管D2的正极与第一基本单元中的常通型开关器件的漏极连接；第一基本单元中的常通型开关器件的漏极、第一基本单元中的稳压二极管D2的正极和第二基本单元中的稳压二极管D2的正极作为监测电路的输入端，与三相全桥变换器中的三相半桥电路的中性点连接；第二基本单元的输出端作为监测电路的第一输出端，用于获取第一基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息；第四基本单元的输出端作为监测电路的第二输出端，用于获取第三基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息。
本实施例的工作原理与实施例4的工作原理类似，此处不做赘述。
以上结构中采用实施例1公开的基本单元结构也能实现变换器级别的监测。
现采用单相逆变器为例，来说明本发明的应用过程和实验验证结果。具体原理图如图3所示。单相逆变器的理论输出波形如图5中的(a)所示，其输出电压vab包含了正负母线电压和正负导通压降；本发明电路的输出理论波形如图5中的(b)所示，此时正负母线电压±Vdc分别被钳位到了正负稳压二极管的稳压值±Vref，而正负导通压降被完整保留，进而可实现导通压降的精准测量。
图6为实际测量实验波形，此时图3所示单相逆变器中的功率半导体器件T1-T4由绝缘栅双极晶体管IGBT及其反向并联续流二极管组成。可以看出，单相逆变器输出电压vab中的正负母线电压±Vdc被分别成功钳位到所选稳压二极管的正负稳压值±Vref，功率半导体器件的导通压降被完整保留，其中VCE,sat-T1，VCE,sat-T2，VCE,sat-T3和VCE,sat-T4分别为功率半导体器件T1-T4中IGBT的饱和导通压降，VF-T1，VF-T2，VF-T3和VF-T4分别为功率半导体器件T1-T4中反向并联续流二极管的正向导通压降。
Claims (9)
1.一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：由单个或多个基本单元构成；
每个所述基本单元均包括：常通型开关器件、二极管和钳位电压源；
所述常通型开关器件的栅极与钳位电压源的正极连接；
所述二极管的正极与常通型开关器件的源极连接，该二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接；
所述常通型开关器件的漏极与钳位电压源的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测功率半导体器件；常通型开关器件的源极与钳位电压源的负极作为监测电路的输出端；
当被测功率半导体器件处于导通状态时，二极管为截止状态，常通型开关器件处于导通状态，监测电路的输出端为被测功率半导体器件的导通压降；
当被测功率半导体器件处于关断状态时，二极管为导通状态，常通型开关器件处于关断状态，监测电路的输出电压被钳位在钳位电压源的电压值；
所述常通型开关器件的电压等级高于被测功率半导体器件的最高电压等级，所述钳位电压源的电压高于被测功率半导体器件导通压降的最大值；
采用2个基本单元实现对单相全桥变换器中四个功率半导体器件的变换器级导通压降监测，记为第一基本单元和第二基本单元；
所述第一基本单元的输入端作为监测电路的输入端，与单相全桥变换器中两个半桥电路的中性点连接；
所述第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端；
所述第二基本单元的输出端作为监测电路的输出端，用于获取包含单相全桥变换器中四个功率半导体器件导通压降的变换器级导通压降信息。
2.根据权利要求1所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述钳位电压源为稳压二极管，所述稳压二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接，常通型开关器件的源极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输出端，常通型开关器件的漏极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述稳压二极管的稳压值大于被测功率半导体器件导通压降的最大值。
4.一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：由2个基本单元构成；每个所述基本单元均包括：常通型开关器件、二极管和钳位电压源；
所述常通型开关器件的栅极与钳位电压源的正极连接；
所述二极管的正极与常通型开关器件的源极连接，该二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接；
所述常通型开关器件的漏极与钳位电压源的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测功率半导体器件；常通型开关器件的源极与钳位电压源的负极作为监测电路的输出端；
当被测功率半导体器件处于导通状态时，二极管为截止状态，常通型开关器件处于导通状态，监测电路的输出端为被测功率半导体器件的导通压降；
当被测功率半导体器件处于关断状态时，二极管为导通状态，常通型开关器件处于关断状态，监测电路的输出电压被钳位在钳位电压源的电压值；
所述常通型开关器件的电压等级高于被测功率半导体器件的最高电压等级，所述钳位电压源的电压高于被测功率半导体器件导通压降的最大值；
采用2个基本单元实现对半桥电路中两个功率半导体器件的导通压降进行监测，记为第一基本单元和第二基本单元；
所述第一基本单元的钳位电压源的正极与第二基本单元的常通型开关器件的源极连接；
所述第一基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的常通型开关器件的漏极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中上桥臂功率半导体器件，第一基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的常通型开关器件的源极作为监测电路的输出端，对半桥电路中上桥臂功率半导体器件进行导通压降监测；
所述第二基本单元的常通型开关器件的漏极与第二基本单元的钳位电压源的正极作为监测电路的输入端，用于接入半桥电路中下桥臂功率半导体器件，第二基本单元的常通型开关器件的源极与第二基本单元的钳位电压源的正极作为监测电路的输出端，对半桥电路中下桥臂功率半导体器件进行导通压降监测。
5.根据权利要求4所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述钳位电压源为稳压二极管，所述稳压二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接，常通型开关器件的源极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输出端，常通型开关器件的漏极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输入端。
6.根据权利要求5所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述稳压二极管的稳压值大于被测功率半导体器件导通压降的最大值。
7.一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：由4个基本单元构成；每个所述基本单元均包括：常通型开关器件、二极管和钳位电压源；
所述常通型开关器件的栅极与钳位电压源的正极连接；
所述二极管的正极与常通型开关器件的源极连接，该二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接；
所述常通型开关器件的漏极与钳位电压源的负极作为监测电路的输入端，用于接入被测功率半导体器件；常通型开关器件的源极与钳位电压源的负极作为监测电路的输出端；
当被测功率半导体器件处于导通状态时，二极管为截止状态，常通型开关器件处于导通状态，监测电路的输出端为被测功率半导体器件的导通压降；
当被测功率半导体器件处于关断状态时，二极管为导通状态，常通型开关器件处于关断状态，监测电路的输出电压被钳位在钳位电压源的电压值；
所述常通型开关器件的电压等级高于被测功率半导体器件的最高电压等级，所述钳位电压源的电压高于被测功率半导体器件导通压降的最大值；
采用4个基本单元实现对三相全桥变换器中六个功率半导体器件的变换器级导通压降监测，记为第一基本单元、第二基本单元、第三基本单元和第四基本单元；
所述第一基本单元的输出端反接第二基本单元的输入端；
所述第三基本单元的输出端反接第四基本单元的输入端；
所述第一基本单元中的钳位电压源的正极与第一基本单元中的常通型开关器件的漏极连接；
所述第一基本单元中的常通型开关器件的漏极、第一基本单元中的钳位电压源的正极和第二基本单元中的钳位电压源的正极作为监测电路的输入端，与三相全桥变换器中的三相半桥电路的中性点连接；
所述第二基本单元的输出端作为监测电路的第一输出端，用于获取第一基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息；
所述第四基本单元的输出端作为监测电路的第二输出端，用于获取第三基本单元输入端所接两相半桥电路中四个功率半导体器件的变换器级导通压降信息。
8.根据权利要求7所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述钳位电压源为稳压二极管，所述稳压二极管的负极与常通型开关器件的栅极连接，常通型开关器件的源极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输出端，常通型开关器件的漏极与该稳压二极管的正极构成监测电路的输入端。
9.根据权利要求8所述的一种功率半导体器件导通压降的无损在线监测电路，其特征在于：所述稳压二极管的稳压值大于被测功率半导体器件导通压降的最大值。
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Citations (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009045111A1 (de) * | 2009-09-29 | 2011-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zum Aufladen einer Batterie |
| KR20120116547A (ko) * | 2011-04-13 | 2012-10-23 | 엘지디스플레이 주식회사 | 유기발광다이오드 표시장치 |
| CN104181462A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-03 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种半导体开关器件导通压降的测量电路 |
| CN110174603A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-27 | 上海交通大学 | 功率半导体器件导通压降的在线测量电路 |
| CN113030682A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 中国科学院电工研究所 | 一种高精度结温在线监测方法和系统 |
| CN114441924A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-05-06 | 山东阅芯电子科技有限公司 | 适用于功率半导体器件的窄脉冲导通压降测试方法及电路 |
| CN115060953A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-16 | 电子科技大学 | 一种功率器件动态导通电阻测试的电压钳位电路 |
| CN218383145U (zh) * | 2022-07-28 | 2023-01-24 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种igbt管压降检测电路 |
| CN115639453A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-01-24 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路 |
| CN116008769A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-04-25 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | 一种自驱式功率半导体导通压降检测电路 |
-
2023
- 2023-06-12 CN CN202310690985.4A patent/CN117031227B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102009045111A1 (de) * | 2009-09-29 | 2011-03-31 | Robert Bosch Gmbh | Vorrichtung zum Aufladen einer Batterie |
| KR20120116547A (ko) * | 2011-04-13 | 2012-10-23 | 엘지디스플레이 주식회사 | 유기발광다이오드 표시장치 |
| CN104181462A (zh) * | 2014-09-12 | 2014-12-03 | 中国科学院上海高等研究院 | 一种半导体开关器件导通压降的测量电路 |
| CN110174603A (zh) * | 2019-05-13 | 2019-08-27 | 上海交通大学 | 功率半导体器件导通压降的在线测量电路 |
| CN111337808A (zh) * | 2019-05-13 | 2020-06-26 | 上海交通大学 | 功率半导体器件导通压降的在线测量电路及系统 |
| CN113030682A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-25 | 中国科学院电工研究所 | 一种高精度结温在线监测方法和系统 |
| CN114441924A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-05-06 | 山东阅芯电子科技有限公司 | 适用于功率半导体器件的窄脉冲导通压降测试方法及电路 |
| CN115060953A (zh) * | 2022-05-24 | 2022-09-16 | 电子科技大学 | 一种功率器件动态导通电阻测试的电压钳位电路 |
| CN218383145U (zh) * | 2022-07-28 | 2023-01-24 | 国网智能电网研究院有限公司 | 一种igbt管压降检测电路 |
| CN115639453A (zh) * | 2022-10-13 | 2023-01-24 | 国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 | 一种可实现元件复用的功率器件导通压降在线测量电路 |
| CN116008769A (zh) * | 2023-03-24 | 2023-04-25 | 杭州飞仕得科技股份有限公司 | 一种自驱式功率半导体导通压降检测电路 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| IGBT功率器件参数测试;查海辉;;中国集成电路;20180705(07);全文 * |
| 利用导通电压降监测SLD的输出光功率;王瑾;李波;郭志明;李龙星;王维;;红外与激光工程;20160225(02);全文 * |
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