CN118150973A - 开关管安全工作区测试电路、设备及系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种开关管安全工作区测试电路，包括：开关管底座，用于安装待测开关管；恒压电路，电连接于开关管底座，用于对待测开关管提供恒定电压；恒流控制电路，电连接于开关管底座，用于控制待测开关管的电流为恒定电流；检测电路，电连接于开关管底座，用于获取恒定电压及恒定电流；其中，恒定电压及恒定电流用于获取待测开关管的安全工作区参数。本申请还提供一种开关管安全工作区测试设备及系统。由此，本申请提供的开关管安全工作区测试电路、设备及系统，可以减少成本，提高开关管的SOA测试结果精确度。

Description

开关管安全工作区测试电路、设备及系统

技术领域

本申请涉及电子技术领域，尤其涉及一种开关管安全工作区测试电路、设备及系统。

背景技术

在使用开关管的过程中，开关管的各项电力参数应确保处于安全工作区（SafeOperating Area，SOA）范围内，否则开关管将会有损坏的风险。在对开关管进行SOA测试以获取开关管的SOA范围时，通常通过SOA测试设备接收供电源的输出电压，并将该输出电压提供给待测的开关管作为供电电压，并控制待测开关管的电流恒定，根据待测开关管的漏源电压VDS、漏源电流Ids获取开关管的SOA范围。然而，现有的SOA测试设备价格较高，且未设置恒压电路，以对供电电压进行恒压处理。因此，供电源供电过程中产生线损、供电源输出电压波动等因素将会影响待测开关管的漏源电压VDS的测量精度，使得获取到的待测开关管的SOA范围精确度较低。

发明内容

鉴于上述问题，本申请提供一种开关管安全工作区测试电路、设备及系统，可以减少成本，提高开关管的SOA测试结果精确度。

第一方面，本申请提供一种开关管安全工作区测试电路，包括：开关管底座，用于安装待测开关管；恒压电路，电连接于开关管底座，用于对待测开关管提供恒定电压；恒流控制电路，电连接于开关管底座，用于控制待测开关管的电流为恒定电流；检测电路，电连接于开关管底座，用于获取恒定电压及恒定电流；其中，恒定电压及恒定电流用于获取待测开关管的安全工作区参数。

在一种可能的实现方式中，恒压电路包括第一运算放大器、功率开关管及可调电阻；功率开关管的第一端电连接待测开关管的第一端；第一运算放大器的第一输入端通过可调电阻接收第一参考电压，第一运算放大器的第二输入端接收待测开关管的第一端电压；第一运算放大器的输出端电连接功率开关管的第二端，用于根据第一参考电压及待测开关管的第一端电压，输出第一控制信号，第一控制信号用于控制功率开关管的第一端电压恒定，使得功率开关管为待测开关管提供恒定电压。

在一种可能的实现方式中，恒流电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的第一输入端接收第二参考电压，第二运算放大器的第二输入端接收待测开关管的第二端电压，第二运算放大器的输出端电连接待测开关管的第三端，用于根据第二参考电压及待测开关管的第二端电压，输出第二控制信号，第二控制信号用于控制待测开关管的第二端电流恒定。

在一种可能的实现方式中，检测电路包括检测电阻，检测电阻的一端电连接待测开关管的第二端及第一检测端口，检测电阻的另一端电连接第二检测端口，第一检测端口与第二检测端口间的电压用于获取待测开关管的恒定电流。

在一种可能的实现方式中，检测电路还包括第三检测端口，第三检测端口电连接于待测开关管的第一端，第二检测端口与第三检测端口间的电压用于获取恒压电路提供给待测开关管的恒定电压。

在一种可能的实现方式中，可调电阻电连接于电源，可调电阻用于接收电源输出的供电电压，并将供电电压转换为第一参考电压。

在一种可能的实现方式中，第二运算放大器的第一输入端电连接于脉冲源，脉冲源输出脉冲电压信号作为第二参考信号。

第二方面，本申请提供一种开关管安全工作区测试设备，包括如第一方面中任一种可能的实现方式提供的开关管安全工作区测试电路。

第三方面，本申请提供一种开关管安全工作区测试系统，包括第二方面中任一种可能的实现方式提供的安全工作区测试设备、电源、脉冲源；电源电连接恒压电路，恒压电路用于将电源的输出电压转换为对待测开关管提供的恒定电压；脉冲源电连接恒流控制电路，恒流控制电路用于根据脉冲源输出的脉冲电压信号控制待测开关管的电流为恒定电流。

在一种可能的实现方式中，开关管安全工作区测试系统还包括计算设备，计算设备电连接于检测电路，用于根据检测电路获取到的恒定电压及恒定电流计算待测开关管的安全工作区参数。

另外，第二、三方面中各个可能的实现方式获得的有益效果，可以参照第一方面中对应的实现方式取得的有益效果，在此不再赘述。

附图说明

图1为本申请提供的安全工作区测试系统的示意图。

图2为本申请提供的开关管安全工作区测试电路的电路图。

图3为本申请提供的开关管安全工作区测试电路的端口连接图。

图4为本申请提供的计算设备的显示示意图。

图5为本申请提供的待测MOS管的SOA范围示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚的描述。

可理解的，本申请中所描述的连接关系指的是直接或间接连接。例如，A与B连接，既可以是A与B直接连接，也可以是A与B之间通过一个或多个其它电学元器件间接连接。例如可以是A与C直接连接，C与B直接连接，从而使得A与B之间通过C实现了连接。还可理解的，本申请中所描述的“A连接B”可以是A与B直接连接，也可以是A与B通过一个或多个其它电学元器件间接连接。

在本申请的描述中，除非另有说明，“/”表示“或”的意思，例如，A/B可以表示A或B。本文中的“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

在本申请的描述中，“第一”、“第二”等字样仅用于区别不同对象，并不对数量和执行次序进行限定，并且“第一”、“第二”等字样也并不限定一定不同。此外，术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

在使用开关管的过程中，开关管的各项电力参数应确保处于安全工作区（SafeOperating Area，SOA）范围内，否则开关管将会有损坏的风险。在对开关管进行SOA测试以获取开关管的SOA范围时，通常通过SOA测试设备接收供电源的输出电压，并将该输出电压提供给待测的开关管作为供电电压，并控制待测开关管的电流恒定，再根据待测开关管的漏源电压VDS和漏源电流Ids获取开关管的SOA范围。例如，以待测开关管为MOS管为例，SOA测试设备将来自供电源的输出电压提供给MOS管的漏极，并控制MOS管的漏源电流恒定，如此，可以通过检测MOS管正常工作时的漏源电压VDS和漏源电流Ids，得到MOS管的SOA范围。

然而，现有的SOA测试设备价格较高，而现有公布的SOA测试设备中，待测开关管的漏源电压VDS和漏源电流Ids的测量电路中没有恒压电路，以对供电电压进行恒压处理。因此，供电源供电过程中产生线损、电源输出电压调整率等因素可能会影响待测开关管的漏源电压VDS的测量精度，因而获取到的待测开关管的SOA范围精确度较低。

由此，本申请提供一种安全工作区测试电路、设备及系统，可以减少成本，提高开关管的SOA测试结果精确度。

具体地，请参阅图1，图1为本申请提供的安全工作区测试系统1的示意图。安全工作区测试系统1包括安全工作区测试设备、电源101、脉冲源102、计算设备103。其中，安全工作区测试设备包括安全工作区测试电路10，安全工作区测试电路10包括恒压电路11、恒流控制电路12、开关管底座13及检测电路14。

开关管底座13用于容置需要进行安全工作区测试的开关管。开关管底座13上可以包括多个引脚，多个引脚分别连接至恒压电路11、恒流控制电路12以及检测电路14。当开关管底座13上安装有开关管时，开关管上的端极与开关管底座13的引脚对应连接，使得开关管上的端极连接至恒压电路11、恒流控制电路12。

例如，开关管底座13包括第一引脚、第二引脚及第三引脚，第一引脚电连接至恒压电路11，第二引脚电连接至恒流控制电路12，第三引脚电连接至检测电路14。开关管是MOS管时，MOS管的漏极通过第一引脚连接至恒压电路11，MOS管的源极通过第二引脚连接至恒流控制电路12，MOS管的源极通过第三引脚连接至检测电路14。

恒压电路11电连接至电源101及开关管底座13。恒压电路11用于接收电源101的输出电压，并对电源101的输出电压进行恒压处理，从而向开关管底座13的对应引脚输出恒定电压V。如此，与该引脚对应连接的待测开关管的一端极可以接收到恒定电压V。例如，待测MOS管的漏极。

如此，恒压电路11通过对电源101的输出电压进行恒压处理，可以向开关管底座13的对应引脚输出稳定的恒定电压V，从而提高开关管的SOA测试结果的准确性和精确度。

恒流控制电路12电连接至脉冲源102及开关管底座13。恒流控制电路12用于接收脉冲源102输出的脉冲信号，并根据脉冲信号控制开关管底座13对应引脚上的电流I为恒定电流。如此，与该引脚对应连接的待测开关管的一端极可以受恒流控制电路12的控制而实现电流恒定。例如，待测MOS管的源极。

如此，恒流控制电路12根据脉冲信号控制开关管底座13对应引脚上的电流I为恒定电流，可以提高开关管的SOA测试结果的准确性和精确度。

检测电路14电连接至开关管底座13及计算设备103。检测电路14用于获取待测开关管的漏源电流Ids及漏源电压Vds并输出给计算设备103。计算设备103根据待测开关管的漏源电流Ids及漏源电压Vds计算得到待测开关管的SOA范围。

图2为本申请提供的开关管安全工作区测试电路10的电路图。其中，恒压电路11包括可调电阻RP、分压电阻RL、MOS管Q1、运算放大器U1、电阻R1-R4。恒流控制电路12包括运算放大器U2、电阻R8-12、电容C9-C11。开关管底座13包括第一引脚P1、第二引脚P2及第三引脚P3。检测电路14包括检测电阻Rsense、电阻RS1-RS2、电容C8。

恒压电路11中，分压电阻RL的一端通过第一电源输入端Power+连接至电源101的第一输出端，其中，电源101的第一输出端可以为电源101的正极，分压电阻RL的另一端通过MOS管Q1连接至开关管底座13的第一引脚P1。可调电阻RP的第一端通过第一电源输入端Power+连接至电源101的第一输出端，可调电阻RP的第二端接地，可调电阻RP的可调控制端通过电阻R1连接至运算放大器U1的同向输入端。运算放大器U1的反向输入端通过电阻R3连接至开关管底座13的第一引脚P1，运算放大器U1的输出端通过电阻R3和电阻R4连接至开关管底座13的第一引脚P1。

在一些实施例中，恒压电路11还包括电容C1-C2。电容C1与电容C2并联连接至第一电源输入端Power+和第二电源输入端Power-之间，使得电容C1与电容C2并联连接至电源101的第一输出端与第二输出端之间，其中，第一输出端与第二输出端可以分别为电源101的正极端和负极端。电容C1、电容C2构成滤波电路，用于对电源101的输出电压进行滤波以提高其稳定性。

在一些实施例中，恒压电路11还包括电容C3。电容C3的一端连接至电阻R1的一端及运算放大器U1的同向输入端，电容C3的另一端接地。电容C3与电阻R1构成滤波电路，用于对运算放大器U1的同向输入端电压进行滤波以提高其稳定性。

在一些实施例中，恒压电路11还包括电容C4。电容C4的一端连接至电阻R2的一端及运算放大器U1的反向输入端，电容C4的另一端接地。电容C4与电阻R2构成滤波电路，用于对运算放大器U1的反向输入端电压进行滤波以提高其稳定性。

在一些实施例中，恒压电路11还包括电阻R5、电容C5。电阻R5的一端连接至电阻R3及MOS管Q1的栅极。电阻R5的另一端连接至电容C5的一端，电容C5的另一端接地。电阻R3、电阻R5及电容C5构成滤波电路，用于对MOS管Q1的栅极电压进行滤波以提高其稳定性。

在一些实施例中，恒压电路11还包括电容C6、电阻R6、二极管D1，MOS管Q1的漏极通过电阻R6、电容C6连接至MOS管Q1的源极，且MOS管Q1的漏极连接至二极管D1的阴极，MOS管Q1的源极连接至二极管D1的阳极。电容C6、电阻R6、二极管D1构成MOS管Q1的漏源保护电路，用于吸收MOS管Q1漏极与源极间的尖峰电压，从而保护MOS管Q1。

在一些实施例中，恒压电路11还包括保险元件F。分压电阻RL的一端通过保险元件F连接至电源101的第一输出端，其中，保险元件F可以为保险丝。保险元件F用于当安全工作区测试电路10发生短路等电路故障时，断开安全工作区测试电路10与电源101之间的电连接，从而保护安全工作区测试电路10。

下面介绍恒压电路11的工作原理。

电源101的输出电压输入至可调电阻RP的第一端，由于可调电阻RP电连接于电源101的第一输出端与运算放大器U1的同相输入端之间，具有分压作用，因此可调电阻RP的电阻值与运算放大器U1的同相输入端的电压相关联。运算放大器U1的同相输入端的电压为参考电压，运算放大器U1的反向输入端通过电容C4与电阻R2构成的滤波电路反馈MOS管Q1的源极电压，从而使得运算放大器U1的输出电压恒定，并通过电阻R3、电阻R5及电容C5构成的滤波电路输出至MOS管Q1的栅极，作为MOS管Q1的栅极电压，从而控制MOS管Q1的源极电压恒定。由于MOS管Q1的源极连接至开关管底座13的第一引脚P1，MOS管Q1的源极电压恒定，当开关管底座13上安装有待测MOS管时，待测MOS管的漏极连接至第一引脚P1，从而使得待测MOS管的漏极电压恒定。如此，恒压电路11可以将电源101的输入电压，经可调电阻RP进行转换后，提供恒定电压给待测MOS管。若需要调节该恒定电压的大小，可以通过调节可调电阻RP的电阻即可实现。

在一些实施例中，开关管底座13也包括待测MOS管的漏源保护电路，其具体包括电容C7、电阻R7及二极管D2，MOS管的漏源保护电路中各元件连接方式可参照图2所示，MOS管的漏源保护电路的工作原理及用途与MOS管Q1的漏源保护电路相似，在此不再赘述。

恒流控制电路12中，运算放大器U2的同向输入端通过电阻R10、第一脉冲源输入端Pulse+连接至脉冲源102的第一输出端，并通过电容C11接地，运算放大器U2的同向输入端还通过电阻R10、电阻R12和第二脉冲源输入端Pulse-连接至脉冲源102的第二输出端，脉冲源102的第二输出端通过电阻R11接地。其中，脉冲源102的第一输出端可以为正极，脉冲源102的第二输出端可以为负极。运算放大器U2的反向输入端通过电容C10接地，并通过电阻RS3连接至开关管底座13的第三引脚P3。运算放大器U2的输出端通过电阻R9连接至开关管底座13的第二引脚P2，并通过电阻R8、电容C9连接至模拟地AGND。

其中，电阻R10、电阻R11、电阻R12及电容C11构成滤波电路，用于对运算放大器U2的同相输入端电压进行滤波以提高其稳定性。电阻R8、电阻R9及电容C9构成滤波电路，用于对开关管底座13的第二引脚P2的电压进行滤波以提高其稳定性。电阻RS3、电容C10构成滤波电路用于对运算放大器U2的同相输入端电压进行滤波以提高其稳定性。

下面介绍恒流控制电路12的工作原理。

脉冲源102输出的脉冲信号通过电阻R10、电阻R11、电阻R12及电容C11构成的滤波电路输入至运算放大器U2的同相输入端。运算放大器U2的同相输入端的电压为参考电压，运算放大器U2的反向输入端通过电容C10与电阻RS3构成的滤波电路反馈开关管底座13的第三引脚P3的电压，从而使得运算放大器U2的输出电压恒定。当开关管底座13上安装有待测MOS管时，运算放大器U2的输出电压通过电阻R8、电阻R9及电容C9构成的滤波电路输出至待测MOS管的栅极，从而控制MOS管Q1的漏源电流恒定。如此，恒流控制电路12可以根据脉冲源102提供的参考电压控制待测MOS管的栅极电压恒定，从而控制MOS管Q1的漏源电流恒定。

检测电路14中，检测电阻Rsense的一端连接至开关管底座13的第三引脚P3，并通过电阻RS1连接至第一检测端口Sense+，检测电阻Rsense的另一端通过电阻RS2连接至第二检测端口Sense-。

其中，电阻RS1、电阻RS2、电容C8构成滤波电路，用于对检测电阻Rsense两端的电压进行滤波以提高其稳定性。检测电阻Rsense用于将开关管底座13的第三引脚P3的电流转换为转换电压，并通过电阻RS1、电阻RS2、电容C8构成的滤波电路输出到第一检测端口Sense+及第二检测端口Sense-。

在一些实施例中，检测电路14还包括滤波磁珠L，滤波磁珠L的两端分别连接至功率地PGND及模拟地AGND，用于隔离功率地PGND及模拟地AGND之间的电压和电流波动等。

请参阅图3，图3为本申请提供的开关管安全工作区测试电路10的端口连接图。其中，开关管安全工作区测试电路10还包括第三检测端口VD。第一电源输入端Power+，第二电源输入端Power-分别用于连接至电源101的第一输出端及第二输出端，例如，电源101的正极和负极。第一脉冲源输入端Pulse+，第二脉冲源输入端Pulse-分别用于连接至脉冲源102的第一输出端及第二输出端，例如，脉冲源102的正极输出端和负极输出端。第一检测端口Sense+，第二检测端口Sense-分别用于连接至计算设备103。其中，计算设备103可以为示波器。第三检测端口VD连接至开关管底座13的第一引脚P1及计算设备103。

计算设备103通过第一检测端口Sense+和第二检测端口Sense-获取检测电阻Rsense的电压，从而可以获取到待测MOS管的漏源电流IDS，具体地，IDS=VSense/Rsense，Vsense为计算设备103通过第一检测端口Sense+和第二检测端口Sense-检测到的检测电阻Rsense的电压，Rsense为检测电阻Rsense的电阻。

计算设备103通过第二检测端口Sense-和第三检测端口VD获取检测电阻Rsense的电压，从而可以获取到待测MOS管的漏源电压VDS，具体地，VDS=VD-Vsense，VD为计算设备103通过第二检测端口Sense-和第三检测端口VD检测到的电压。

请参阅图4，图4为本申请提供的计算设备103的显示示意图。如图4所示，从T0时刻至T1时刻为脉冲源102输出的脉冲信号的脉宽△T，也即待测MOS管的SOA测试时间，其持续时间为1ms。

在T0时刻至T1时刻内，电源101的输出电压在12V左右波动，但待测MOS管的漏源电压Vds稳定在4V，也即，即使电源101的输出电压存在波动，恒压电路11仍可以给待测MOS管的漏极提供恒定电压4V。

在T0时刻至T1时刻内，待测MOS管的漏源电流Ids稳定在100A，也即，恒流控制电路12可以控制待测MOS管的漏源电流Ids恒定为100A。

请参阅图5，图5为本申请提供的安全工作区测试电路10对待测MOS管进行SOA测试后获取到的待测MOS管的SOA曲线图。可以理解，当脉冲源102输出的脉冲信号的脉宽不同时，待测MOS管对应的SOA范围曲线也不同，脉冲信号的脉宽越大，在漏源电压Vds恒定的前提下，待测MOS管所能承受的最大漏源电流Ids越小。通过调整脉冲信号的脉宽，可以得到不同脉冲信号脉宽对应的漏源电压Vds的最大漏源电流Ids的关系曲线。

如图5所示，漏源电压Vds-最大漏源电流Ids的关系曲线与横坐标轴围合的区域即为待测MOS管的安全工作区，也即，当待测MOS管的漏源电压Vds为Vds1时，需要控制其漏源电流Ids不超过Vds1对应的最大漏源电流Ids1，从而保证待测MOS管正常工作。

由此，本申请通过设置恒压电路，可以降低电源的输出电压精确度，从而降低开关管安全工作区测试设备的成本，同时，还可以提高开关管安全工作区测试结果的准确性。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种开关管安全工作区测试电路，其特征在于，包括：

开关管底座，用于安装待测开关管；

恒压电路，电连接于所述开关管底座，用于对所述待测开关管提供恒定电压；

恒流控制电路，电连接于所述开关管底座，用于控制所述待测开关管的电流为恒定电流；

检测电路，电连接于所述开关管底座，用于获取所述恒定电压及所述恒定电流；

其中，所述恒定电压及所述恒定电流用于获取所述待测开关管的安全工作区参数。

2.如权利要求1所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述恒压电路包括第一运算放大器、功率开关管及可调电阻；

所述功率开关管的第一端电连接所述待测开关管的第一端；

所述第一运算放大器的第一输入端通过所述可调电阻接收第一参考电压，所述第一运算放大器的第二输入端接收所述待测开关管的第一端电压；

所述第一运算放大器的输出端电连接所述功率开关管的第二端，用于根据所述第一参考电压及所述待测开关管的第一端电压，输出第一控制信号，所述第一控制信号用于控制所述功率开关管的所述第一端电压恒定，使得所述功率开关管为所述待测开关管提供所述恒定电压。

3.如权利要求1所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述恒流电路包括第二运算放大器，所述第二运算放大器的第一输入端接收第二参考电压，所述第二运算放大器的第二输入端接收所述待测开关管的第二端电压，所述第二运算放大器的输出端电连接所述待测开关管的第三端，用于根据所述第二参考电压及所述待测开关管的第二端电压，输出第二控制信号，所述第二控制信号用于控制所述待测开关管的所述第二端电流恒定。

4.如权利要求2所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述检测电路包括检测电阻，所述检测电阻的一端电连接所述待测开关管的第二端及第一检测端口，所述检测电阻的另一端电连接所述第二检测端口，所述第一检测端口与所述第二检测端口间的电压用于获取所述待测开关管的所述恒定电流。

5.如权利要求4所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述检测电路还包括第三检测端口，所述第三检测端口电连接于所述待测开关管的第一端，所述第二检测端口与所述第三检测端口间的电压用于获取所述恒压电路提供给所述待测开关管的所述恒定电压。

6.如权利要求2所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述可调电阻电连接于电源，所述可调电阻用于接收所述电源输出的供电电压，并将所述供电电压转换为所述第一参考电压。

7.如权利要求3所述的开关管安全工作区测试电路，其特征在于，所述第二运算放大器的第一输入端电连接于脉冲源，所述脉冲源输出脉冲电压信号作为所述第二参考信号。

8.一种开关管安全工作区测试设备，其特征在于，包括如权利要求1至7中任一项所述的开关管安全工作区测试电路。

9.一种开关管安全工作区测试系统，其特征在于，包括权利要求8所述的安全工作区测试设备、电源、脉冲源；

所述电源电连接所述恒压电路，所述恒压电路用于将所述电源的输出电压转换为对所述待测开关管提供的恒定电压；

所述脉冲源电连接所述恒流控制电路，所述恒流控制电路用于根据所述脉冲源输出的脉冲电压信号控制所述待测开关管的电流为恒定电流。

10.如权利要求9所述的开关管安全工作区测试系统，其特征在于，还包括计算设备，所述计算设备电连接于所述检测电路，用于根据所述检测电路获取到的所述恒定电压及所述恒定电流计算所述待测开关管的安全工作区参数。