CN111722072B - 高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路及*** - Google Patents

高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路及*** Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路及***，包括耐压电路和钳位电路，耐压电路的一端与钳位电路的一端相连接，耐压电路和钳位电路的另一端分别连接被测功率半导体器件的两端中的任一端，耐压电路由若干个耐压单元与限流电路组成，钳位电路的两端为测量电路的输出端，钳位电路的钳位电压高于被测功率半导体器件的导通压降，当被测功率半导体器件关断时，钳位电路发挥钳位作用；当被测功率半导体器件导通时，钳位电路的钳位作用失效。本发明通过多个耐压单元的串联分压实现测量电路耐压等级的大幅提升，且可以通过调节限流电路与钳位电路中的器件参数提升测量***的暂态性能，测量精准、适用范围广且成本较低。

Description

高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路及***
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及一种高耐压且暂态性能可调的功率半导体器件导通压降的测量电路及***。
背景技术
功率半导体器件是电力电子变流器中重要的元件，并且功率半导体器件是电力电子变流器中故障概率最高且成本最高的部分。导通压降是功率半导体器件的重要特征参数之一，它与功率半导体器件的结温以及器件内部的键合线老化状态相关，因此导通压降既可以作为温敏系数用于监测器件的发热状态，也可以用于检测器件的老化状态。准确地在线测量功率半导体器件的导通压降有助于器件的热特性分析并且可以预测器件的故障，是提高电力电子变流器的可靠性的有效手段
为了对器件的结温和老化状态进行准确的监测，导通压降的精确度需要达到mV级。但是工况下功率半导体器件关断时，其两端需耐受数百伏甚至上千伏高电压，而当器件导通时，其导通压降仅为1V左右，因此直接测量器件两端的电压会因测量***的大量程使导通压降的测量精度下降，需要将器件关断时的电压钳位在较低值从而精确测量器件开通时的导通压降。
发明内容
为了提高测量***的分辨率，需要设计测量电路将功率半导体器件关断时的高电压钳位在一个较低的电压值。为此，本发明提出一种高耐压且暂态性能可调的功率半导体器件导通压降的测量电路。
根据本发明的第一方面，提供一种高耐压功率半导体器件导通压降的测量电路，包括耐压电路和钳位电路，所述耐压电路的一端与所述钳位电路的一端相连接，所述耐压电路和所述钳位电路的另一端分别连接被测功率半导体器件的两端中的任一端，所述钳位电路的两端为测量电路的输出端，其中，
所述耐压电路由耐压单元和限流电路串联组成，所述耐压单元为一个或一个以上；
所述钳位电路的钳位电压高于所述被测功率半导体器件的导通压降，当所述被测功率半导体器件关断时，所述钳位电路发挥钳位作用；当所述被测功率半导体器件导通时，所述钳位电路的钳位作用失效。
可选地，所述耐压电路和钳位电路均为两端口电路模块，所述两端口电路模块有正负两个端口，模块间连接方式包括两种中任一种：
-所述耐压电路的负端口与所述钳位电路的正端口连接，所述耐压电路的正端口与被测功率半导体期间的第一端D连接，所述钳位电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接；或，
-所述耐压电路的正端口与所述钳位电路的负端口连接，所述钳位电路的正端口与被测功率半导体器件的第一端D连接，所述耐压电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接。
可选地，所述耐压单元、所述限流电路均为两端口电路模块，当所述耐压单元为一个以上时，所述耐压单元、所述限流电路的串联方式包括：
一个所述耐压单元的负端口与另一个所述耐压单元的正端口相连，或，所述限流电路的任一端与所述耐压单元的任一端相连，其中，
所述耐压电路的正端口为一个耐压单元的正端口或所述限流电路的一端，所述耐压电路的负端口为一个所述耐压单元的负端口或所述限流电路的一端。
可选地，所述耐压单元包括第一场效应管和栅极电阻，所述第一场效应管的漏极为所述耐压单元的正端口，所述第一场效应管的源极与所述栅极电阻的一端相连，所述栅极电阻的另一端连接所述第一场效应管的栅极作为所述耐压单元的负端口。
更选地，所述耐压电路还包括均压电阻，所述均压电阻的两端分别连接所述第一场效应管的漏极和栅极。
可选地，所述钳位电路包括第二场效应管，所述第二场效应管的栅极与漏极连接作为钳位电路的正端口，所述第二场效应管的源极作为钳位电路的负端口。
可选地，所述钳位电路还包括二极管，所述二极管的阴极与所述第二场效应管的栅极与漏极连接，所述二极管的阳极作为钳位电路的正端口，或，所述二极管的阳极与所述第二场效应管的源极连接，所述二极管的阴极作为钳位电路的负端口。
可选地，所述钳位电路包括晶体管，所述晶体管的门极与集电极连接作为钳位电路的正端口，所述晶体管的发射极作为钳位电路的负端口。
更选地，所述钳位电路还可以包括调节电容，所述调节电容的一端与所述第二场效应管的栅极或所述晶体管的门极相连，所述调节电容的另一端与所述第二场效应管的源极或所述晶体管的发射极相连。
可选地，所述限流电路为电阻或电感或电阻与电感的串联。
根据本发明的第二方面，提供一种功率半导体器件导通压降的在线测量***，包括上述的任一项所述在线测量电路或多项所述在线测量电路的组合。
与现有技术相比，本发明实施例具有以下至少一种有益效果：
1.本发明提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，电路结构简单，依靠场效应管的特性将被测功率半导体器件两端的高电压钳位在一个较低的电压值，不需要额外的低压辅助电源。多个耐压单元串联(且还可以进一步均压)，提高测试回路的耐压等级，降低耐压单元中场效应管的耐压要求，降低成本。
2.本发明提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，在被测功率半导体器件导通时，在线测量电路中无压降，避免了在线测量电路中元器件压降的变化对测量结果造成影响。
3、本发明提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，耐压电路中串联限流电路，减小被测器件开关状态变化时测量回路中产生的暂态电流，减小耐压回路中场效应管上产生的损耗，降低对场效应管容量的要求，提高测试电路的安全性和经济性。
4、本发明提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，钳位电路中并联电容，缩短暂态时间，减缓开通过程中造成的负压过冲现象，改善测试电路的暂态性能。
5.本发明提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，被测功率半导体器件可以是全控型、不可控型或组合型的功率半导体器件，比如可以同时测量功率晶体管及其反并联二极管的导通压降，避免需要分开测量的窘境，简化测量步骤，提高测量速度。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明一实施例的在线测量电路的总体连接示意图；
图2为本发明另一实施例的在线测量电路的总体连接示意图；
图3为本发明一实施例的在线测量电路的导通压降原理示意图；
图4为本发明一较优实施例中耐压单元的电路连接图；
图5为本发明另一较优实施例中包含均压电阻的耐压单元的连接示意图；
图6为多个图5所示的耐压单元构成的耐压电路的连接示意图；
图7为本发明一较优实施例中限流电路和耐压单元的连接示意图；
图8为本发明另一较优实施例中限流电路和耐压单元的连接示意图；
图9为本发明一较优实施例中包含调节电容的钳位电路的连接示意图；
图10为本发明一较优实施例中包含二极管的钳位电路的连接示意图；
图11为本发明另一较优实施例中包含二极管的钳位电路的连接示意图；
图12为本发明一实施例中采用晶体管的钳位电路的连接示意图；
图13为本发明一较优实施例的高耐压的在线测量电路的连接示意图；
图14为本发明在线测量电路组合用于测量一个桥臂的导通压降的实施例连接示意图；
图15为本发明一较优实施例的在线测量电路的暂态电流路径示意图；
图16为本发明一较优实施例的暂态性能可调的在线测量电路的连接示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
图1为本发明一实施例的功率半导体器件导通压降的在线测量电路的连接示意图。参照图1所示，该实施例中，功率半导体器件导通压降的在线测量电路包括耐压电路、钳位电路，其中耐压电路为若干个耐压单元1～N正负相接并串联限流电路得到，耐压单元可以为一个或一个以上，比如两个、三个……等等。被测功率半导体器件的两端分别为第一端D、第二端S，耐压电路的正端口与被测功率半导体器件的第一端D连接，耐压电路的负端口与钳位电路的正端口连接，钳位电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接；钳位电路的两端为测量电路的输出端。同时，钳位电路的钳位电压高于被测功率半导体器件的导通压降。本实施例的电路结构简单，依靠场效应管的特性将被测功率半导体器件两端的高电压钳位在一个较低的电压值，不需要额外的低压辅助电源。多个耐压单元的分级串联降低了对场效应管的耐压要求，使得测量电路的耐压等级大大提升，也减少了场效应管的成本并提高了测量电路的安全性。
图2为本发明另一实施例的功率半导体器件导通压降的在线测量电路的连接示意图，参照图2所示，该实施例中，功率半导体器件导通压降的在线测量电路包括耐压电路、钳位电路，其中耐压电路为一个或一个以上的耐压单元正负相接并串联限流电路得到。被测功率半导体器件的两端分别为第一端D、第二端S，所述耐压电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接，耐压电路的正端口与钳位电路的负端口连接，钳位电路的正端口与被测功率半导体器件的第一端D连接；钳位电路的两端为测量电路的输出端。
图3为本发明一实施例的在线测量电路的导通压降原理示意图。参照图3所示，被测功率半导体器件关断时，测量电路的输入电压为高电压Vce，钳位电路发挥钳位作用，测量电路输出电压为钳位电压Vclamp，输入电压与输出电压之差ΔV被施加在所述耐压电路上；当被测功率半导体器件导通时，测量电路的输入电压为器件的导通压降，钳位电路的钳位作用失效，测量电路输出电压为被测功率半导体器件的导通压降。整个测量电路是根据器件的特性进行自动的电路状态切换，无需另外的驱动信号输入。因此对在线测量电路的输出电路进行采样测量时，测量量程只需达到接近导通压降的钳位电压Vclamp即可，极大地提升了测量的分辨率，从而精准、简便地实现功率半导体器件导通压降的在线测量。
图4为本发明一较优实施例中耐压单元的电路连接图。参照图4所示，该实施例中M即为第一场效应管，R即为栅极电阻。耐压单元包括第一场效应管M和栅极电阻R，第一场效应管M的漏极为该耐压单元的正端口，第一场效应管M的源极与栅极电阻R的一端相连，栅极电阻R的另一端连接所述第一场效应管M的栅极作为耐压单元的负端口。
图5为本发明另一较优实施例中耐压单元的电路连接图。参照图5所示，该实施例在图4所示实施例的耐压单元基础上增加了均压电阻，图中M为所述第一场效应管，R1为栅极电阻，R2为均压电阻，其中第一场效应管M与栅极电阻R1的连接与上述图4中相同，均压电阻R2的两端分别连接第一场效应管M的漏极和栅极。本实施例在采用一个或多个耐压单元的基础上，进一步采用均压电阻来进行均压，可以进一步提高测试回路的耐压等级。
图6为多个图5所示的耐压单元构成的耐压电路的连接示意图。参照图6所示，Unit1到UnitN为N个图5所示的耐压单元，CL为限流电路，该实施例中N个耐压单元Unit1到UnitN依次正负端口串接，限流电路CL的一端连接第N个耐压单元UnitN的负端口，耐压电路的正端口为第一个耐压单元Unit1的正端口，耐压电路的负端口为限流电路CL的另一端。本实施例在耐压电路中串联限流电路，减小被测器件开关状态变化时测量回路中产生的暂态电流，减小耐压回路中场效应管上产生的损耗，提高测试电路的安全性。
图7为本发明一较优实施例中限流电路和耐压单元的连接示意图。参照图7所示，限流电路CL的两端接在某两个耐压单元之间，其余连接与上述图6中类似，该实施例中，耐压电路的正端口为第一个耐压单元Unit1的正端口，耐压电路的负端口为第N个耐压单元UnitN的负端口。
图8为本发明另一较优实施例中限流电路和耐压单元的连接示意图。参照图8所示，限流电路CL的一端与第一个耐压单元Unit1的正端口相连接，其余连接与上述图6中类似，该实施例中，耐压电路的正端口为限流电路CL的另一端，耐压电路的负端口为第N个耐压单元UnitN的负端口。
图9为本发明一较优实施例中包含调节电容的钳位电路的连接示意图。参照图9所示，钳位电路包括第二场效应管，进一步的，还包括调节电容。该实例中M即为第二场效应管，Cg即为调节电容，第二场效应管M的栅极与漏极相连作为该钳位电路的正端口，第二场效应管M的源极作为该钳位电路的负端口，调节电容Cg的两端分别连接第二场效应管M的栅极和源极。本实施例中钳位电路中并联电容，缩短暂态时间，减缓开通过程中造成的负压过冲现象，改善测试电路的暂态性能。
基于图9所示实施例钳位电路的功率半导体器件导通压降的在线测量电路可以用于全控型功率半导体器件导通压降的在线测量，比如MOSFET、功率晶体管、IGBT等等，对应全控型功率半导体器件，上述被测功率半导体器件的两个端口：MOSFET的第一端D为漏极，第二端S为源极；功率晶体管的第一端D为集电极，第二端S为发射极；IGBT的第一端D为集电极，第二端S为发射极。
图10为本发明一较优实施例中包含二极管的钳位电路的连接示意图。参照图10所示，钳位电路包括第二场效应管，第二场效应管的栅极与漏极连接作为钳位电路的正端口，第二场效应管的源极作为钳位电路的负端口。该实施例中还包括二极管。图中D即为二极管，二极管D的阳极与第二场效应管M的源极连接，二极管D的阴极作为该钳位电路的负端口，其余电路连接与上述图9所示相同。
图11为本发明另一较优实施例中包含二极管的钳位电路的连接示意图。参照图11所示，该实施例中与图10不同之处在于：二极管D的阴极与第二场效应管M的栅极和源极连接，二极管D的阳极作为该钳位电路的正端口，其余电路连接与上述图9所示相同。
图12为本发明一实施例中采用晶体管的钳位电路的连接示意图。参照图12所示，该实施例中T即为晶体管，Cg为调节电容，晶体管T的门极与集电极相连作为该钳位电路的正端口，晶体管T的发射极作为该钳位电路的负端口，调节电容Cg的连接与上述图9所示相同。该实施例中晶体管T可以为不带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管。
基于图10-12所示实施例钳位电路的功率半导体器件导通压降的在线测量电路适用的被测功率半导体器件可以为全控型、不可控型(二极管)、组合型等功率半导体器件。组合型的功率半导体器件包括但不限于MOSFET及其反并联二极管、IGBT及其反并联二极管等。对于不可控型(二极管)来说，被测功率半导体器件的第一端D为阴极，第二端S为阳极。组合型功率半导体器件中，MOSFET及其反并联二极管时，第一端D为漏极、阴极，第二端S为源极、阳极；IGBT及其反并联二极管时，第一端D为发射极、阴极，第二端S为集电极、阳极。
图13为本发明一较优实施例的高耐压的在线测量电路的连接示意图。如图13所示，该在线测量电路包括N个耐压单元Unit1-UnitN、限流电路CL、晶体管T和调节电容Cg，其中晶体管T和调节电容Cg以图12所示实施例的方式构成钳位电路，N个耐压单元和限流电路CL以图6所示实施例的方式构成耐压电路。第i个耐压单元UnitI包括所述第一场效应管MI、所述栅极电阻RI1和所述均压电阻RI2，这些器件以图5所示实施例的方式构成耐压单元。
当被测功率半导体器件关断时，在线测量电路的输入电压，即被测功率半导体器件两端的电压为高电压，各个耐压单元中的第一场效应管M1-MN饱和，在线测量电路的输出电压为晶体管T的门极阈值电压，其中晶体管T的门极阈值电压略高于被测功率半导体器件的导通压降，此时在线测量电路的输入电压与输出电压之差ΔV被施加在耐压电路上，由于各个耐压单元中均压电阻的存在，每个耐压单元被均匀施加电压ΔV/N，极大的减小了每个耐压单元的承受电压，使得所需器件成本降低且测量电路安全性加强。当被测功率半导体器件中的功率晶体管导通时，各个耐压单元中的第一场效应管M1-MN导通，由于此时测试回路中的电流几乎为零，第一场效应管M1-MN和栅极电阻R11-RN1的压降等于零，因此测量电路的输出电压精确等于被测功率半导体器件的导通压降。
本实施例通过引入参数可调的限流电路和调节电容实现对在线测量电路暂态特性的可控，适用于测试的开关频率更加广泛。
在一种更优选的实施方式中，第一场效应管M1-MN是耗尽型MOS管，晶体管T是不带反并联二极管的绝缘栅双极型晶体管。更好地，第一场效应管M1-MN可以为N沟道场效应管。场效应管的型号可根据实际情况进行选择。
图14为本发明在线测量电路组合用于测量一个桥臂的导通压降的实施例连接示意图。图14所示的测试***采用了两个在线测量电路(VCEM_H和VCEM_L)对桥臂的两个功率半导体器件(DUT_H和DUT_L)进行导通压降的在线监测，为便于叙述，在该实施例中在线测量电路中的耐压电路部分仅使用一个耐压单元。其中，每个被测功率半导体器件包括一个功率晶体管(T1、T2)。
以上桥臂的导通压降测量电路VCEM_H为例，第一场效应管MH的漏极与被测功率半导体器件DUT_H的一端DH相连，晶体管TH的发射极连接被测功率半导体器件DUT_H的另一端SH，其中，DH为功率晶体管T1的漏极和二极管D1的阴极的公共端，SH为功率晶体管T1的源极和二极管D1的阳极的公共端。当被测功率半导体器件DUT_H关断时，测量电路的输入电压等于直流母线电压VDC，此时MH饱和并承受高电压，在线测量电路的输出电压为晶体管TH的栅极阈值电压。当被测功率半导体器件DUT_H(T1)导通时，第一场效应管MH导通且第一场效应管MH和电阻R的压降等于零，测量电路的输出电压等于被测功率半导体器件DUT_H的导通压降。下桥臂的导通压降测量电路VCEM_L的原理与上桥臂的导通压降测量电路VCEM_H的原理相同，在此不再赘述。
图15为本发明一较优实施例的在线测量电路的暂态电流路径示意图。参照图15所示，为方便叙述，该实施例中以一个耐压单元和单个电阻R2的限流电路构成耐压电路，其中耐压单元包括第一场效应管M和栅极电阻R1，连接方式与图4所示实施例相同，晶体管T和调节电容Cg构成钳位电路，连接方式与图12所示实施例相同，耐压电路与钳位电路之间的连接方式与图1所示实施例相同。图中虚线连接的电容Cdg与Cge分别表示第一场效应管M漏极、栅极之间与晶体管T门极、发射极之间的等效寄生电容。
图15中带箭头的虚线标明了被测功率半导体器件由关断状态转化为开通状态时在线测量电路中主要的暂态电流路径，这个暂态包括两个过程：1)第一场效应管M由饱和状态转化到导通状态，这个过程中暂态电流经过路径I使得寄生电容Cdg放电，直到Cdg两端电压降至0；2)钳位电路的输出电压达到稳定值即被测功率半导体器件的导通压降，这个过程中暂态电流经过路径II使得寄生电容Cge放电或充电，直到Cge两端电压达到稳定值。由于寄生电容Cge也在路径I上，在上述过程1中，寄生电容Cdg放电的同时寄生电容Cge也在放电，因此寄生电容Cdg与Cge的大小关系决定着过程1结束时寄生电容Cge两端的电压，即图3所示Vn点处电压的大小。由于寄生电容Cge两端电压即在线测量电路的输出电压始终为低电压，可以在寄生电容Cge两端并联电容调节Cdg与Cge的大小关系，即并联调节电容Cg。当Cdg与Cge的大小关系较为合适时，过程1结束时的输出电压Vn接近稳定时的被测器件导通压降，不仅可以防止过大的负向电压过冲危害测试电路，也可以使得过程2的暂态时间大幅缩短，从而使得在线测试电路可以适用于开关频率范围更广的被测功率半导体器件。
同时，由于过程1中寄生电容Cdg两端的电压快速下降，会造成较大的暂态电流，使得第一场效应管M上产生的损耗较大，因此限流电路即该实施例中的R2可以抑制暂态电流，起到保护第一场效应管M的作用。
图16为本发明一较优实施例的暂态性能可调的在线测量电路的连接示意图。如图16所示，N个耐压单元Unit1-UnitN与限流电路RL以图6所示实施例的连接方式构成耐压电路，晶体管T与调节电容Cg以图12所示实施例的连接方式构成钳位电路，耐压电路与钳位电路之间以图1所示实施例的连接方式构成该在线测量电路。其中，限流电路中的RL为可调电阻或拨码开关控制的分级电阻，钳位电路中的Cg为可调电容或拨码开关控制的分级电容，对于不同耐压等级和开关频率的被测功率半导体器件，可以通过调节RL与Cg接入在线测量电路的有效值实现对在线测量电路暂态特性的调节和安全性的提升。
本发明上述各实施例提供的功率半导体器件导通压降的在线测量电路，依靠场效应管的特性将被测器件两端的高电压钳位在一个较低的电压值，不需要额外的低压辅助电源优化电路结构；在被测功率半导体器件导通时，在线测量电路中无压降，避免了在线测量电路中元器件压降的变化对测量结果造成影响；可以同时测量功率晶体管及其反并联二极管的导通压降，避免需要分开测量的窘境。进一步的，本发明上述实施例中通过多个耐压单元的分级串联降低了对场效应管的耐压要求，使得测量电路的耐压等级大大提升，也减少了场效应管的成本并提高了测量电路的安全性；并且通过引入参数可调的限流电路和调节电容实现对在线测量电路暂态特性的可控，适用于测试的开关频率更加广泛。
本发明上述各实施例简化测量步骤，提高测量速度，本发明的功率半导体器件导通压降的在线测量电路的测量精准、成本低廉，且通过提升耐压性能和暂态性能使得应用范围更加广泛。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。各优选特征在互不冲突的前提下，可以任一组合使用。

Claims (6)

1.一种高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路，其特征在于，包括耐压电路和钳位电路，所述耐压电路的一端与所述钳位电路的一端相连接，所述耐压电路和所述钳位电路的另一端分别连接被测功率半导体器件的两端中的任一端，所述钳位电路的两端为测量电路的输出端，其中，
所述耐压电路由耐压单元和限流电路串联组成，所述耐压单元为一个或一个以上，所述耐压单元的数量随着测量电路耐压要求的提高而增加；
所述钳位电路的钳位电压高于所述被测功率半导体器件的导通压降，且钳位作用在被测功率半导体器件关断时生效，开通时失效；
通过调节所述限流电路与所述钳位电路中元器件的参数值实现对测量电路暂态性能的调节；
所述耐压电路和钳位电路均为两端口电路模块，所述两端口电路模块有正负两个端口；
所述耐压单元、所述限流电路均为两端口电路模块，当所述耐压单元为一个以上时，一个所述耐压单元的负端口与另一个所述耐压单元的正端口相连，或，所述限流电路的任一端与所述耐压单元的任一端相连；
所述耐压单元包括第一场效应管和栅极电阻，所述第一场效应管的漏极为所述耐压单元的正端口，所述第一场效应管的源极与所述栅极电阻的一端相连，所述栅极电阻的另一端连接所述第一场效应管的栅极作为所述耐压单元的负端口；
所述钳位电路包括第二场效应管，所述第二场效应管的栅极与漏极连接作为钳位电路的正端口，所述第二场效应管的源极作为钳位电路的负端口；所述钳位电路还包括二极管，所述二极管的阴极与所述第二场效应管的栅极与漏极连接，所述二极管的阳极作为钳位电路的正端口，或，所述二极管的阳极与所述第二场效应管的源极连接，所述二极管的阴极作为钳位电路的负端口；所述钳位电路还包括调节电容，所述调节电容的一端与所述第二场效应管的栅极相连，所述调节电容的另一端与所述第二场效应管的源极相连，可用于控制测量电路输出电压达到稳态的时间；
或者，所述钳位电路包括晶体管，所述晶体管的门极与集电极连接作为钳位电路的正端口，所述晶体管的发射极作为钳位电路的负端口；所述钳位电路还包括调节电容，所述调节电容的一端与所述晶体管的门极相连，所述调节电容的另一端与所述晶体管的发射极相连，用于控制测量电路输出电压达到稳态的时间。
2.根据权利要求1所述的高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述两端口电路模块，模块间连接方式包括以下两种中任一种：
-所述耐压电路的负端口与所述钳位电路的正端口连接，所述耐压电路的正端口与被测功率半导体期间的第一端D连接，所述钳位电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接；或，
-所述耐压电路的正端口与所述钳位电路的负端口连接，所述钳位电路的正端口与被测功率半导体器件的第一端D连接，所述耐压电路的负端口与被测功率半导体器件的第二端S连接。
3.根据权利要求2所述的高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路，其特征在于，当所述耐压单元为一个以上时，所述耐压单元、所述限流电路的串联方式中，
所述耐压电路的正端口为一个耐压单元的正端口或所述限流电路的一端，所述耐压电路的负端口为一个所述耐压单元的负端口或所述限流电路的一端。
4.根据权利要求1所述的高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述耐压电路还包括均压电阻，所述均压电阻的两端分别连接所述第一场效应管的漏极和栅极。
5.根据权利要求1-4任一项所述的高耐压的功率半导体器件导通压降在线测量电路，其特征在于，所述限流电路为电阻或电感或电阻与电感的串联，用于抑制测量电路状态切换时的暂态电流。
6.一种高耐压的功率半导体器件导通压降的在线测量***，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述在线测量电路或多项所述在线测量电路的组合。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113740693A (zh) * 2021-08-26 2021-12-03 珠海零边界集成电路有限公司 器件性能测试方法、装置、存储介质和电子设备
CN114441924B (zh) * 2022-04-11 2022-06-28 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
CN116718884A (zh) * 2023-04-25 2023-09-08 重庆大学 导通压降检测电路、设备和电力变换装置
CN117169675B (zh) * 2023-09-01 2024-04-26 南京航空航天大学 一种逆变器级宽温区功率器件导通压降在线监测电路

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9366717B2 (en) * 2013-12-13 2016-06-14 CT-Concept Technologie GmbH Device and procedure for the detection of a short circuit or overcurrent situation in a power semiconductor switch
CN105811765A (zh) * 2016-04-19 2016-07-27 南京航空航天大学 一种用于在线测量功率晶体管导通压降的电压钳位电路
CN206389274U (zh) * 2016-12-30 2017-08-08 江苏中科君芯科技有限公司 Igbt动态有源钳位保护电路
CN109686787A (zh) * 2018-11-20 2019-04-26 电子科技大学 一种利用二极管钳位的具有载流子存储层的igbt器件
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
CN110289842A (zh) * 2018-03-19 2019-09-27 富士电机株式会社 半导体装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9366717B2 (en) * 2013-12-13 2016-06-14 CT-Concept Technologie GmbH Device and procedure for the detection of a short circuit or overcurrent situation in a power semiconductor switch
CN105811765A (zh) * 2016-04-19 2016-07-27 南京航空航天大学 一种用于在线测量功率晶体管导通压降的电压钳位电路
CN206389274U (zh) * 2016-12-30 2017-08-08 江苏中科君芯科技有限公司 Igbt动态有源钳位保护电路
CN110289842A (zh) * 2018-03-19 2019-09-27 富士电机株式会社 半导体装置
CN109686787A (zh) * 2018-11-20 2019-04-26 电子科技大学 一种利用二极管钳位的具有载流子存储层的igbt器件
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

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