一种功率器件导通电压不停机测量电路的制作方法

本发明涉及半导体领域，具体涉及一种功率器件导通电压不停机测量电路。

背景技术：

功率器件作为电力电子系统的核心，常常是系统故障的主因。根据全领域工业调查报告显示，电力电子系统中最脆弱的部件为功率器件，有大约34％的电力电子系统故障是由于电力电子器件的芯片或焊接失效造成的，若不能快速采取实时的有效的维护措施，则可能造成严重的后果和巨额的经济损失。故研究功率器件的健康状态，完善器件可靠性技术，对提高电力电子系统的整体可靠性具有重要的意义。

目前，针对功率器件的健康管理通常是通过监测器件老化特征参数实现的，其原理是，器件的电学或热学参数随器件老化发生规律性变化，这些参数称为老化特征参数，其反映了器件的老化程度，若加以预测算法可估算器件剩余寿命。在这些参数中，器件的导通电压由于可直接在电力电子系统运行过程中对器件进行测量，即不停机测量而备受关注。但是，在导通电压实际不停机测量中，测试电路需承受功率器件关断时相同的压降，通常达到几百甚至几千伏特，而在器件开启时需要准确的测量到毫伏量级，这无疑对测量电路提出了较高的要求。

技术实现要素：

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种功率器件导通电压不停机测量电路可以不停机的测量功率器件的导通电压。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种功率器件导通电压不停机测量电路，其包括开关器件m1，开关器件m1的漏极与被测功率器件的集电极相连接；开关器件m1的栅极分别连接二极管d1的正极、电阻r1的一端和电容c1的一端；电容c1的另一端分别连接被测功率器件的发射极、电阻r0的一端和电容c2的一端；电阻r0的另一端分别连接开关器件m1的源极和电阻r2的一端；电阻r2的另一端连接电容c2的另一端并作为测量电路的输出端；电阻r1的另一端连接二极管d1的负极并接收被测功率器件的栅极电压。

进一步地，开关器件m1为mos器件。

本发明的有益效果为：本发明电路结构简单，不需要额外电源即可完成功率器件导通电压的测量；且由于本电路与电力电子系统的高压隔离通过开关器件实现，只需选择不同耐压值的开关器件即可适用各种高压环境下的电压测量。

附图说明

图1为本发明的电路示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，该功率器件导通电压不停机测量电路包括开关器件m1，开关器件m1的漏极与被测功率器件的集电极相连接；开关器件m1的栅极分别连接二极管d1的正极、电阻r1的一端和电容c1的一端；电容c1的另一端分别连接被测功率器件的发射极、电阻r0的一端和电容c2的一端；电阻r0的另一端分别连接开关器件m1的源极和电阻r2的一端；电阻r2的另一端连接电容c2的另一端并作为测量电路的输出端；电阻r1的另一端连接二极管d1的负极并接收被测功率器件的栅极电压。

在本发明的一个实施例中，开关器件m1为mos器件。以igbt为被测功率器件为例，igbt的导通电压指器件开启时集电极与发射极之间的电压vce。图1中vg是被测igbt栅极电压，mos器件m1为高压mos开关器件，vout是测量电路的输出，即igbt导通电压。

当被测igbt器件关断时，vg小于mos器件m1阈值电压，mos器件m1断开，此时vout直接与发射极相连，电路输出为发射极电压。被测igbt关断时所承受的高压由mos器件m1耐压，将测量电路其余部分与电力电子系统中的高压部分隔离。因此，电路设计时，仅需根据被测器件所处的高压环境，选择耐压合适的开关器件即可，开关器件m1本身不限于mos器件。

当被测igbt器件开启时，mos器件m1漏极(d)电压下降为器件导通电压，vg大于mos器件m1阈值电压，电阻r1和电容c1组成mos器件m1栅极电压延时网络，使mos器件m1开启时间相比被测器件滞后，即直到mos器件m1漏极电压下降到导通电压时才开启mos器件m1，从而最大程度避免了高压对测量电路的影响，保护了测量电路。此时，mos器件m1的导通电阻(典型值在几百欧姆)和电阻r0组成分压器，vout为电阻r0两端的压降，设计中只要保证电阻r0足够大，即可满足vout基本等于vce的值。电阻r2和电容c2组成高通滤波器可进一步减少高频噪声对测量结果的影响。

当被测igbt器件再次关断时，vg小于mos器件m1阈值电压，mos器件m1栅极通过二极管d1快速放电，提高了mos器件m1的关断速度，保证了测量电路的高压隔离。

综上所述，本发明电路结构简单，不需要额外电源即可完成功率器件导通电压的测量；且由于本电路与电力电子系统的高压隔离通过开关器件实现，只需选择不同耐压值的开关器件即可适用各种高压环境下的电压测量。

技术特征：

1.一种功率器件导通电压不停机测量电路，其特征在于，包括开关器件m1，所述开关器件m1的漏极与被测功率器件的集电极相连接；所述开关器件m1的栅极分别连接二极管d1的正极、电阻r1的一端和电容c1的一端；所述电容c1的另一端分别连接被测功率器件的发射极、电阻r0的一端和电容c2的一端；所述电阻r0的另一端分别连接开关器件m1的源极和电阻r2的一端；所述电阻r2的另一端连接电容c2的另一端并作为测量电路的输出端；所述电阻r1的另一端连接二极管d1的负极并接收被测功率器件的栅极电压。

2.根据权利要求1所述的功率器件导通电压不停机测量电路，其特征在于，所述开关器件m1为mos器件。

技术总结
本发明公开了一种功率器件导通电压不停机测量电路，其包括开关器件M1，开关器件M1的漏极与被测功率器件的集电极相连接；开关器件M1的栅极分别连接二极管D1的正极、电阻R1的一端和电容C1的一端；电容C1的另一端分别连接被测功率器件的发射极、电阻R0的一端和电容C2的一端；电阻R0的另一端分别连接开关器件M1的源极和电阻R2的一端；电阻R2的另一端连接电容C2的另一端并作为测量电路的输出端；电阻R1的另一端连接二极管D1的负极并接收被测功率器件的栅极电压。本发明电路结构简单，不需要额外电源即可完成功率器件导通电压的测量。

技术研发人员：伍伟;杨起;陈勇
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：2020.11.20
技术公布日：2021.01.15