快速监测GaN器件短路前后动态导通电阻的电路及方法

    专利查询2025-06-09  50


    本发明属于半导体,尤其是涉及一种快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路及方法。


    背景技术:

    1、随着电子行业的高速发展,对电力电子设备的要求越来越趋于高速、高密度、高集成、小型化方向。传统的si基器件受到si材料性能的限制,很难满足日益严苛的器件的工作环境要求。而gan作为第三代半导体材料,凭借其较宽的禁带宽度、较高的临界电场、较高的热导率、较高的电子迁移率、较高的电子饱和速率及较强的抗辐射能力,更适合于制作高压、高频、高功耗、抗辐射的大器件,是支持雷达、5g通信、新能源汽车、高速列车、光伏、智慧电网等创新发展领域的关键。在此工作环境下,诱发了gan器件的短路可靠性问题。在实际应用中,由于短路保护模块的存在,单次短路脉冲时间不会很长,器件极少会直接损坏,但是gan器件在经历一次短路应力之后,器件的电学特性会发生变化,这会极大影响系统的性能。目前,对短路前后器件的特性变化情况还停留在秒级,而在高频高状态下故障的发生和处理应该越短越好,因此开发一套快速检测器件短路前后特性变化的测试方法就尤为重要。


    技术实现思路

    1、针对上述问题,为了更快速的检测短路前后gan器件的特性变化,本发明提供一种能够在gan hemt器件短路测试后微秒级时间以内提取待测管q2的动态导通电阻数值的测试电路及方法。

    2、本发明的技术方案为:

    3、快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,包括电源、第一电容、第二电容、保护模块、第一gan器件、第二gan器件、控制驱动模块、钳位电路、电阻;其中第一电容的正极板与电源的正极连接,第一电容的负极板与电源的负极连接;第二电容的正极板通过保护模块后与电源的正极连接,第二电容的负极板与电源的负极连接;第一gan器件的漏极与电阻的一端、第二电容的正极板连接,第一gan器件的源极与电阻的另一端、第二gan器件的漏极、钳位电路的一端连接;第二gan器件的源极与钳位电路另一端、电源的负极连接;控制驱动模块输出第一路控制信号和第二路控制信号分别连接第一gan器件的栅极和第二gan器件的栅极;通过对第一gan器件、第二gan器件的控制,测试流过电阻上的电流和钳位电路上的电压得到gan器件短路前后动态导通电阻。

    4、进一步的,第一gan器件的击穿电压大于等于第二gan器件的击穿电压。

    5、进一步的,第一gan器件的导通电阻远远小于第二gan器件的导通电阻。

    6、进一步的,第一gan器件的饱和电流大于第二gan器件的最大脉冲电流。

    7、进一步的,所述控制驱动模块为函数发生器、dsp、fpga中的任意一种。

    8、进一步的,所述钳位电路的耐压大于电源电压。

    9、快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的方法:

    10、电源开启将第一电容、第二电容充电至母线电压,控制驱动模块控制第一gan器件关闭、第二gan器件不停开启关闭,通过测试流过电阻上的电流和钳位电路上的电压得到第二gan器件的导通电阻;

    11、控制驱动模块控制第一gan器件开启、第二gan器件开启,对第二gan器件进行短路测试;

    12、控制驱动模块控制第一gan器件关闭、第二gan器件继续不停开启关闭,测试第二gan器件短路测试后的导通电阻;

    13、所述控制驱动模块发出的第一路控制信号和第二路控制信号的脉冲宽度不一致,并且当第一路控制信号的脉宽大于第二路控制信号的脉宽时,短路测试时对应的是硬开关故障;当第一路控制信号的脉宽小于第二路控制信号的脉宽时,短路测试时对应的是负载故障。

    14、本发明的有益效果为:传统的短路测试方法中,电学特性测试系统与短路测试系统是相互独立的两个系统,器件基本电学特性的监测与施加短路应力需要人工进行切换,因此器件基本电学特性的监测与短路应力之间的间隔时间较长且不固定,导致测试数据偏差较大。而本发明通过驱动控制模块控制gan器件的开关时序,可以自动切换短路测试和动态导通电阻测试,大大减小了短路测试前后器件电学特性的间隔监测时间,从而可以更准确稳定的提取器件电学参数,大大提高了数据的准确性。



    技术特征:

    1.快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,包括电源、第一电容、第二电容、保护模块、第一gan器件、第二gan器件、控制驱动模块、钳位电路、电阻;其中第一电容的正极板与电源的正极连接,第一电容的负极板与电源的负极连接;第二电容的正极板通过保护模块后与电源的正极连接,第二电容的负极板与电源的负极连接;第一gan器件的漏极与电阻的一端、第二电容的正极板连接,第一gan器件的源极与电阻的另一端、第二gan器件的漏极、钳位电路的一端连接;第二gan器件的源极与钳位电路另一端、电源的负极连接;控制驱动模块输出第一路控制信号和第二路控制信号分别连接第一gan器件的栅极和第二gan器件的栅极;通过对第一gan器件、第二gan器件的控制,测试流过电阻上的电流和钳位电路上的电压得到gan器件短路前后动态导通电阻。

    2.根据权利要求1所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,第一gan器件的击穿电压大于等于第二gan器件的击穿电压。

    3.根据权利要求1所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,第一gan器件的导通电阻远远小于第二gan器件的导通电阻。

    4.根据权利要求1所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,第一gan器件的饱和电流大于第二gan器件的最大脉冲电流。

    5.根据权利要求1所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,所述控制驱动模块为函数发生器、dsp、fpga中的任意一种。

    6.根据权利要求1所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,其特征在于,所述钳位电路的耐压大于电源电压。

    7.快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的方法,其特征在于,基于权利要求1-6任意一项所述的快速监测gan器件短路前后动态导通电阻的电路,所述方法为:


    技术总结
    本发明属于半导体技术领域,尤其是涉及一种快速监测GaN器件短路前后动态导通电阻的电路及方法。本发明在传统GaN HEMT的短路测试电路上集成了动态导通电阻的测试模块,所述测试电路包括:驱动控制模块、控制管Q1、待测管Q2、电阻模块R、钳位电路、大电容C1、小电容C2;测试方法为:驱动控制模块控制控制管Q1和待测管Q2的开关时序,其中控制管Q1、待测管Q2同时开启由供能模块供能以进行硬开关故障或负载故障两种情况下的GaN HEMT器件短路测试;控制管Q1关闭、待测管Q2开启,通过监测电阻模块R上的电流和钳位电路上的电压得出器件的导通电阻。根据本发明提供的技术方案,能够在GaN HEMT器件短路测试后微秒级时间以内提取待测管Q2的动态导通电阻数值。

    技术研发人员:周琦,陶元昊,杨宁,张波
    受保护的技术使用者:电子科技大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/11/26
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