CN205880137U - 一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路，包括测试电压源和电压源依次经第一可控开关、电感和电流取样测量电路施加在被测场效应管的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极接入开关控制信号，在电感与第一开关之间设置有用于电感的续流二极管；在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关，一个第三可控开关跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端。本实用新型通过增加的电感测试电路，在方法中增加对实际电感的测量，解决了现有雪崩测试电路无法检测电感的问题，提高了测量的正确性和准确性，减少了因为误操作电感带来的生产事故隐患，具有较大的应用价值。

Description

一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路

技术领域

本实用新型属于半导体测试领域，具体涉及一种消除场效应管雪崩测试电感

误差电路。

背景技术

MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor），即金属氧化物场效应晶体管。由于制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强，速度快、功耗低等优点，在电力电子设备中广泛应用。随着MOSFET器件和二极管在高频开关和汽车电子等特殊环境的越来越多的使用，雪崩失效已成为功率MOSFET器件主要的失效模式。

雪崩击穿时负载能量的能力会影响到器件的安全工作区及寿命，被认为是器件安全性的重要指标，因此对MOSFET器件雪崩能量的测试也尤为重要。雪崩测试过程就是按设定电压、电流、电感条件，模拟器件实际应用关断时产生雪崩的过程，看被测器件是否发生损坏，不能承受这个规定能量的器件就是不合格产品。以前的雪崩测试过程的电压、电流可以通过电路检测保证正确，电感却无法检测，存在使用错误电感的可能，极端情况下会导致严重误判及生产事故。

公开号CN101750539B的中国专利公开了“一种功率MOSFET器件雪崩测试仪电路”，该电路介绍了雪崩能量的测量电路及计算方法，但该方法是基于正确电感设置的测量方法，正确的电感值应该能够存储被测场效应晶体管雪崩电流峰值的能量；而实际的测量过程中接入设定的电感与实际的电感可能存在不一致，因此通过该方法计算出的雪崩能量的测量会有误差，会产生误判，而该电路与方法又无法对电感进行检测，因此，存在生产安全隐患。

发明内容

本实用新型的目的是提出一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路，是确保接入电感正确的电路与测试方法，通过增加对电感的测量，解决了现有雪崩测试电路无法检测电感是否正确的问题。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路，包括测试电压源，电压源依次经第一可控开关、电感和电流取样测量电路施加在被测场效应管的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极连接开关控制信号，在电感与第一开关之间设置有用于电感的续流二极管；其中，在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关，一个第三可控开关跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端。

方案进一步是：所述电感通过连接端子连接在电路中，通过连接端子可对电感进行更换。

方案进一步是：所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关是场效应功率开关管。

方案进一步是：所述电流取样测量电路的电流采样频率是10MHz。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过增加的电感测试电路，在方法中增加对实际电感的测量，解决了现有雪崩测试电路无法检测电感的问题，提高了测量的正确性和准确性，减少了因为误操作电感带来的生产事故隐患，具有较大的应用价值。

下面结合附图和实施例对本实用新型作一详细描述。

附图说明

图1是N型MOS管雪崩测试电路示意图；

图2是P型MOS管雪崩测试电路示意图。

具体实施方式

场效应管的雪崩测试实际上对场效应管的雪崩能量的测量，通过测量场效应管的雪崩电流和已知的电感，通过公式计算得到，其中的I_DS是雪崩电流峰值。而电感L是一个预估值接入的电感，因此电感的正确与否直接影响测试结果。

实施例：

一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路，如图1和图2所示，包括测试电压源01，电压源依次经第一可控开关S1、电感L和电流取样测量电路03施加在被测场效应管05或06的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极接入开关控制信号04，在电感与第一开关之间设置有用于电感的续流二极管02；其中，在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关S2，一个第三可控开关S3跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端。第一可控开关、第二可控开关和第三可控开关可以是手动开关，在本实施例中是通过一个程序控制器控制的三个开关。

实施例中：测量中所述电感应对不同的场效应管需要设置不同的电感，因此，为了操作方便，所述电感通过连接端子连接在电路中，通过连接端子可对电感进行更换，当然也可以通过程控开关选择预先设置于程控开关连接好的不同电感值的电感。

实施例中：所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关是场效应功率开关管。

实施例中：所述电流取样测量电路的电流采样频率是10MHz。

基于上述电路实施例的测试方法，所述电路包括测试电压源，电压源依次经第一可控开关、电感和电流取样测量电路施加在被测场效应管的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极接入开关控制信号，在电感与第一开关之间设置有用于电感的续流二极管；在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关，一个第三可控开关跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端，所述测试方法是：确定电流取样测量电路的电流采样频率；根据被测场效应管技术条件设定测试电压源电压、雪崩电流测试值和雪崩测量次数、设定测试电感值、设定电感误差阈值（通常选择3%-10%，本实施例选择5%），选择一个电感将其接入电路，其中，所述方法进一步包括：

第一步：设置一个等待时间阈值，将第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关处于断开状态，接入测试电压源电压，被测场效应管的控制栅极接入关断信号；

第二步：进行电感校正测试，将第一可控开关和第三可控开关接通，在设定的等待时间阈值内，测量流入电感的电流值，计算电感值，将计算电感值与测试电感值比较：

如果相互之间的误差小于等于电感误差阈值则切断测试电压源电压，认为接入的电感正确，然后再先切断第一可控开关对接入的电感放电至零电流，接着切断第三可控开关，继续执行第三步；

如果相互之间的误差大于电感误差阈值则切断测试电压源电压，认为接入的电感不正确，然后先切断第一可控开关对接入的电感放电至零电流，接着切断第三可控开关，更换一个不同电感值的电感，将其接入电路，接入测试电压源电压，重复第二步；

第三步：进行场效应管雪崩测试；

第四步：询问是否达到成雪崩测量设定次数，如果完成设定次数，结束测量；如果未完成设定次数，返回第三步。

其中的计算电感值：因为被测器件在放电过程进入雪崩，同时产生雪崩电压Vdss，充放电过程都是固定斜率，因此，电感可通过公式L = U×t / I获得，其中：U是电压源电压（不是雪崩电压Vdss），是根据厂家的技术测试条件设定的；t是（电感中流经电流变化过程的时间）等于采样单位时间×采样次数N，I是流经的峰值电流，而实际的电感量是在微亨级，因此采样单位时间应以微秒为单位，当取值单位时间为0.1微秒为合理值时，其所述电流取样测量电路的电流采样频率就是10MHz；完整公式为L = U×0.1×N / I（微亨） 公式1。

实施例中：第二步所述测量流入电感的电流值计算电感值是：当在等待时间阈值内测试的电流到达设定的雪崩电流测试值时，使用测量的雪崩电流测试值计算电感值；当在等待时间阈值内测试的电流没有到达设定的雪崩电流测试值时，使用等待时间阈值时间结束测量的电流值计算电感值。

基于消除场效应管雪崩测试电感误差另一种电路的测试方法，所述电路包括测试电压源，电压源依次经第一可控开关、电感和电流取样测量电路施加在被测场效应管的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极接入开关控制信号，在电感与第一开关之间设置有用于电感的续流二极管；在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关，一个第三可控开关跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端，所述测试方法是：确定电流取样测量电路的电流采样频率，根据被测场效应管技术条件设定测试电压源电压、雪崩电流测试值和雪崩测量次数、设定测试电感值、设定电感误差阈值（通常选择3%-10%，本实施例选择5%），选择一个电感将其接入电路，其中，所述方法进一步包括：

第一步：接入测试电压源电压，被测场效应管的控制栅极接入开通信号，将第一可控开关和第二可控开关接通，在设定的等待时间阈值内，测量流入被测场效应管的电流值，当电流值在设定的等待时间阈值内达到雪崩电流测试值，或者电流值在设定的等待时间阈值内没有达到雪崩电流测试值，但已到达等待时间阈值，此时，记录已达到的雪崩电流测试值，或已到达等待时间阈值时的电流值，切断第一可控开关，计算电感值，将计算电感值与测试电感值比较：

如果相互之间的误差小于等于电感误差阈值，认为接入的电感正确，执行第二步；

如果相互之间的误差大于电感误差阈值，认为接入的电感不正确，则被测场效应管的控制栅极接入断开信号，切断测试电压源电压，然后再先切断第一可控开关和第二可控开关，接通第三可控开关对接入的电感放电至零电流，接着切断第三可控开关，更换一个不同电感值的电感，将其接入电路，重复第一步；

第二步：执行场效应管雪崩测试，询问是否达到成雪崩测量设定次数，如果完成设定次数，结束测量；如果未完成设定次数，重复执行场效应管雪崩测试直至完成设定次数。

实施例中：所述电流取样测量电路的电流采样频率是10MHz。

所述方法进一步包括：记录的已到达等待时间阈值时的电流值如果小于场效应管导通最小设定值，则不进行电感计算并提示检查被测场效应管，所述的场效应管导通最小设定值是在进入所述第一步之前设置。通常场效应管损坏或没有接触好会出现这种情况，设定值可以设置在10mA或者左右。

以下是对上述实施例的具体应用举例：

以图1为例：电压源01的正极与第一开关S1的一端在节点A相连，电压源01的负极与参考地相连，所述第一开关S1的另一端与电感L的一端在节点B相连，所述节点B与二极管02的阴极相连，所述二极管02的阳极与参考地相连，所述电感L的另一端与第二开关S2的一端在节点C相连，节点C与参考地之间连接有第三开关S3，电流测量电路03在B节点和C节点之间任意位置，第二开关S2的另一端与待测芯片05的漏极相连，待测芯片05的源极与参考地相连，栅极控制电路04分别与所述待测芯片05的栅极以及所述参考地相连。

确保雪崩测试电路中电感正确的具体步骤是：

步骤一、所有开关在初始为断开状态，设定测试条件，例如电压源01的电压输出为50V，设定电感L的电感值为1mH，设定雪崩次数，设定待测芯片05的雪崩测试电流为10A，当电流无法达到设定的雪崩电流时为确保不会无限制等待下去，设定超时为400us；

步骤二、电压源01的电压已经达到50V，断开第一开关S1,断开第二开关S2，闭合第三开关S3；

步骤三、闭合第一开关S1，由电压源01，第一开关S1，电感L和第三开关S3组成的电流回路将对电感L进行充电，同时电流测量电路03处于工作状态，以10MHz的工作频率采集电感L回路中的电流，当发现电流达到步骤一所设定的电流值时或者采样时间大于超时值400us电流仍未达到设定的电流值时，切断第一开关S1，记录此时电流测量电路进行N次采样的电流值I，通过公式1可以推导出单位是微亨的电感值，这个电感值与步骤一所设定的电感值进行比较，如果电感值误差在5%以内，认为电感正确，执行步骤四，如果电感值误差在5%以外，认为电感不正确，执行步骤八。

步骤四、电压源01的电压保持在50V，第一开关S1处于断开状态,所述电流测量电路测量的电流值为零时,断开第三开关S3，闭合第二开关S2；

步骤五、进行待测芯片05的雪崩测试，闭合第一开关S1，同时栅极控制电路04输出10V电平，由电压源01，第一开关S1，电感L，第二开关S2，待测芯片05组成的电流回路将对电感L进行充电，同时电流测量电路03处于工作状态，以10MHz的工作频率采集电感L回路中的电流，当发现电流达到步骤一所设定的电流值时或者采样时间大于超时值400us电流仍未达到设定的电流值时，切断第一开关S1，同时栅极控制电路04输出0V电平，通过判断电流测量电路03返回的电流波形可以判断待测芯片05雪崩测试是否通过；

步骤六、无论待测芯片05雪崩测试是否通过，只要电流测量电路03返回的电流绝对值大于零时，都可以利用公式（1）推导出电感值，这个电感值与步骤一所设定的电感值进行比较，如果电感值误差在5%以内，认为电感正确，执行步骤七，如果电感值误差在5%以外，认为电感不正确，执行步骤八。这个步骤可以避免测试过程中电感L发生错误；当电流测量电路03返回的电流绝对值不大于零时，此时无法判断是电感L发生错误造成的电流不通或者是待测芯片05造成的电流不通，因此不对电感值进行推断，继续执行步骤七；

步骤七、判断雪崩次数是否达到设定值，如果达到设定值执行步骤八，如果未达到设定值执行步骤五。

步骤八、更换电感重复测试或者测试结束，电压源设置到0V，第一开关S1，第二开关S2，第三开关S3都处于断开状态。

步骤三中电流测量电路03开始工作的时刻可以是闭合第一开关S1的同时，也可以是闭合第一开关S1之前，这两种方情况的数据处理方式不同。

步骤六和步骤二、三可以是择一关系，也可以并行关系。

二极管02在断开第一开关S1后，提供所述电感L的电流路径。

以图2为例：P型MOS管雪崩测试电路及确保电感正确的方法。

电压源01的负极与第一开关S1的一端在节点A相连，电压源01的正极与参考地相连，所述第一开关S1的另一端与电感L的一端在节点B相连，所述节点B与二极管02的阳极相连，所述二极管02的阴极与参考地相连，所述电感L的另一端与第二开关S2的一端在节点C相连，节点C与参考地之间连接有第三开关S3，电流测量电路03在B节点和C节点之间任意位置，第二开关S2的另一端与待测芯片06的漏极相连，待测芯片06的源极与参考地相连，栅极控制电路04分别与所述待测芯片06的栅极以及所述参考地相连。

进一步的，所述第二开关S2与所述第三开关S3是互斥导通关系，当第二开关S2闭合时，第三开关S3是断开状态，当第三开关S3闭合时，第二开关S2是断开状态。

在第二个实施例中，确保雪崩测试电路中电感正确的具体步骤是：

步骤一、所有开关在初始为断开状态，设定测试条件，例如电压源01的电压输出为-50V，设定电感L的电感值为1mH，设定雪崩次数，设定待测芯片06的雪崩测试电流为-10A，当电流无法达到设定的雪崩电流时为确保不会无限制等待下去，设定超时为400us；

步骤二、电压源01的电压已经达到-50V，断开第一开关S1,断开第二开关S2，闭合第三开关S3；

步骤三、闭合第一开关S1，由电压源01，第一开关S1，电感L和第三开关S3组成的电流回路将对电感L进行充电，同时电流测量电路03处于工作状态，以10MHz的工作频率采集电感L回路中的电流，当发现电流达到步骤一所设定的电流值时或者采样时间大于超时值400us电流仍未达到设定的电流值时，切断第一开关S1，记录此时电流测量电路进行N次采样的电流值I，通过公式1可以推导出单位是微亨的电感值，这个电感值与步骤一所设定的电感值进行比较，如果电感值误差在5%以内，认为电感正确，执行步骤四，如果电感值误差在5%以外，认为电感不正确，执行步骤八。

步骤四、电压源01的电压保持在-50V，第一开关S1处于断开状态,所述电流测量电路测量的电流值为零时,断开第三开关S3，闭合第二开关S2；

步骤五、进行待测芯片06的雪崩测试，闭合第一开关S1，同时栅极控制电路04输出10V电平，由电压源01，第一开关S1，电感L，第二开关S2，待测芯片06组成的电流回路将对电感L进行充电，同时电流测量电路03处于工作状态，以10MHz的工作频率采集电感L回路中的电流，当发现电流达到步骤一所设定的电流值时或者采样时间大于超时值400us电流仍未达到设定的电流值时，切断第一开关S1，同时栅极控制电路04输出0V电平，通过判断电流测量电路03返回的电流波形可以判断待测芯片06雪崩测试是否通过；

步骤六、无论待测芯片06雪崩测试是否通过，只要电流测量电路03返回的电流绝对值大于零时，都可以利用公式（1）推导出电感值，这个电感值与步骤一所设定的电感值进行比较，如果电感值误差在5%以内，认为电感正确，执行步骤七，如果电感值误差在5%以外，认为电感不正确，执行步骤八。这个步骤可以避免测试过程中电感L发生错误；当电流测量电路03返回的电流绝对值不大于零时，此时无法判断是电感L发生错误造成的电流不通或者是待测芯片06造成的电流不通，因此不对电感值进行推断，继续执行步骤七；

步骤七、判断雪崩次数是否达到设定值，如果达到设定值执行步骤八，如果未达到设定值执行步骤五。

步骤八、更换电感重复测试或测试结束，电压源设置到0V，第一开关S1，第二开关S2，第三开关S3都处于断开状态。

步骤三中电流测量电路03开始工作的时刻可以是闭合第一开关S1的同时，也可以是闭合第一开关S1之前，这两种方情况的数据处理方式不同。

步骤六和步骤二、三可以是择一关系，也可以并行关系。

二极管02在断开第一开关S1后，提供所述电感L的电流路径。

上述实施例公开了雪崩测试电路及确保电感正确的方法，适用于N型MOS管雪崩测试和P型MOS管雪崩测试，上述实施例只是对本实用新型的说明，而不是对本实用新型的限制，任何不超出本实用新型实质精神范围内的发明创造，均落入本实用新型保护范围之内。

Claims (4)

1.一种消除场效应管雪崩测试电感误差电路，包括测试电压源，电压源依次经第一可控开关、电感和电流取样测量电路施加在被测场效应管的漏极和源极两端，被测场效应管的控制栅极连接开关控制信号，在电感与第一开关之间设置有电感的续流二极管；其特征在于，在所述电流取样测量电路与被测场效应管之间设置有第二可控开关，一个第三可控开关跨接在相互串联的第二可控开关和被测场效应管两端。

2.根据权利要求1所述的消除场效应管雪崩测试电感误差电路，其特征在于，所述电感通过连接端子连接在电路中，通过连接端子可对电感进行更换。

3.根据权利要求1所述的消除场效应管雪崩测试电感误差电路，其特征在于，所述第一可控开关、第二可控开关、第三可控开关是场效应管。

4.根据权利要求1所述的消除场效应管雪崩测试电感误差电路，其特征在于，所述电流取样测量电路的电流采样频率是10MHz。