半导体器件的导通压降测量电路

1.本发明属于电力电子技术领域，具体涉及到一种半导体器件的导通压降测量电路。


背景技术：

2.金属氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)是一种广泛应用于模拟电路和数字电路的电子元器件。在功率等级较大的场合，功率mosfet由于其具有热稳定性好、开关频率大、安全工作区大，综合效率高等优点而得到广泛应用。功率mosfet的可靠性往往对整个系统的可靠性有着重要的影响。一旦功率mosfet失效，控制和电源部分就不能正常工作，甚至导致系统整体失效。当mosfet在导通状态下通过的电流数值较大时，会引起结温的升高，从而对器件造成损坏，而如果可以在线测量结温，就可以方便的对器件进行控制，从而大大提高mosfet的可靠性。
3.目前，现有的半导体器件检测方法大致可以分为物理接触式测试法、光学非接触时测试法、热阻抗模型预测法和热敏参数法，由于半导体器件的内部微观物理参数与温度具有对应关系，因此半导体材料受温度影响会使半导体器件反映出来的电气特性呈现出与温度相关的变化趋势，热敏电参数法就是用与结温有关的电气外特性来表征结温，具有可行性强、精度高、响应快、便于在线监测等优点，因而逐渐成为结温监测的主流方法。
4.为了准确获得mosfet工作状态的导通电阻，需要实时准确测量导通压降和漏极电流，而漏极电流使用电流传感器可以很精确地测出，难点在于导通压降的精确测量，而现有的拓扑结构可用于准确测量工作温度较低情况下的导通压降，但是mosfet往往运行在比较高的工作温度，会带来比较大的测量误差。因此如何基于其温敏电参数提供一种稳定且易于实现的半导体器件结温在线检测技术，是本领域技术人员亟待解决的技术难题。


技术实现要素：

5.本发明提供一种半导体器件的导通压降测量电路，以解决现有的不能准确稳定的进行监测的问题。
6.基于上述目的，本发明实施例提供了一种半导体器件的导通压降测量电路，包括：钳位电路、开关电路、稳压电路以及差分放大电路；所述钳位电路的输入端与待测mosfet的漏极连接，所述待测mosfet的源极接地，所述钳位电路的输出端与所述开关电路以及所述差分放大电路连接，所述开关电路通过所述稳压电路接地；所述差分放大电路的输出端接电压测量设备以进行结温计算。
7.可选的，所述钳位电路包括第一电阻，所述第一电阻的一端与所述待测mosfet的漏极连接，另一端与所述开关电路以及所述差分放大电路连接。
8.可选的，所述开关电路包括二极管，所述二极管的阳极与所述第一电阻的另一端连接，所述二极管的阴极与所述稳压电路连接。
9.可选的，所述开关电路还包括电压基准源，所述电压基准源的正极与所述二极管
等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
22.本发明实施例还提供了一种半导体器件的导通压降测量电路。如附图1所示，半导体器件的导通压降测量电路包括：钳位电路11、开关电路12、稳压电路13以及差分放大电路14。所述钳位电路11的输入端与待测mosfet的漏极d连接，所述待测mosfet的源极s接地gnd，所述钳位电路11的输出端与所述开关电路12以及所述差分放大电路14连接，所述开关电路12通过所述稳压电路13接地gnd；所述差分放大电路14的输出端接电压测量设备以进行结温计算。
23.本发明实施例的半导体器件的导通压降测量电路依据半导体器件本身的温度敏感电参数：漏极电压，来进行结温测量。待测mosfet断开时，开关电路12导通，通过稳压电路13限制差分放大电路14的输出端的输出电压。待测mosfet导通时，开关电路12断开，待测mosfet的漏极和源极之间的导通压降经钳位电路11和差分放大电路14后输出至电压测量设备经进行电压采样。差分放大电路14的输出端输出电压至电压测量设备，进行电压采样，进而可以进行根据采样的电压进行结温计算。差分放大电路14可有效抑制共模信号，进一步降低外界温度变化引起的系统误差，精确的将导通压降输入到电压测量设备，为后续结温计算提供计算条件。
24.在本发明实施例中，钳位电路11包括第一电阻r1，所述第一电阻r1的一端与所述待测mosfet的漏极d连接，另一端与所述开关电路12以及所述差分放大电路14连接。第一电阻r1为几十至几百kω，可以在待测mosfet的漏极电压超过限定值时，差分放大电路14的输出端电压将会被限定在电压测量设备，如示波器，的量程内，解决了无法对其进行测量的问题。
25.在本发明实施例中，开关电路12包括二极管d1，所述二极管d1的阳极与所述第一电阻r1的另一端连接，所述二极管d1的阴极与所述稳压电路连接。开关电路12还包括电压基准源vcc，所述电压基准源vcc的正极与所述二极管d1的阴极连接，所述电压基准源vcc的负极接地gnd。电压基准源vcc能够在待测mosfet导通且测量导通压降时提供一个精准电压以保证二极管d1关断，避免了二极管d1的漏电流产生，且使得二极管d1在测量状态时不受温度影响，提高了半导体器件的导通压降测量电路的精度以及温度使用范围。在本发明的其他实施例中，开关电路12也可以使用其他控制开关或半导体器件作为开关元件，在此不作限制。
26.可选地，稳压电路13包括：稳压二极管z1和第二电阻r2，所述稳压二极管z1的阴极与所述二极管d1的阴极连接，所述稳压二极管z1的阳极通过所述第二电阻r2接地gnd。稳压二极管z1和第二电阻r2在待测mosfet的漏极电压超过限定值时可以有效对电压基准源vcc进行保护，提高了半导体器件的导通压降测量电路的安全保护能力。
27.差分放大电路14包括：运算放大器u1、第三电阻r3以及第四电阻r4；所述运算放大器u1的同相输入端与所述钳位电路11连接，所述运算放大器u1的反相输入端通过所述第三电阻r3接地gnd，并通过所述第四电阻r4与所述运算放大器u1的输出端连接。
28.可选地，差分放大电路14还包括：分压电路141，所述分压电路141的输入端与所述钳位电路11连接，所述分压电路141的输出端与所述运算放大器u1的相同输入端连接。分压
电路141包括：第五电阻r5和第六电阻r6，所述第五电阻r5的一端与所述钳位电路11连接，所述第五电阻r5的另一端与所述运算放大器u1的同相输入端连接，并通过所述第六电阻r6接地gnd。
29.本发明实施例的半导体器件的导通压降测量电路具有很好的适应性，可实现宽温度范围、高精度、稳定、快速地获取半导体器件的导通压降，有效避免因mosfet关断时的高电压对测量设备的损坏且能保持非常高的精度。本发明实施例的半导体器件的导通压降测量电路也可以应用于对其他功率半导体器件的导通压降的测量。
30.本发明实施例的半导体器件的导通压降测量电路包括：钳位电路、开关电路、稳压电路以及差分放大电路；所述钳位电路的输入端与待测mosfet的漏极d连接，所述待测mosfet的源极s接地gnd，所述钳位电路的输出端与所述开关电路以及所述差分放大电路连接，所述开关电路通过所述稳压电路接地gnd；所述差分放大电路的输出端接电压测量设备以进行结温计算，能够稳定快速地获取半导体器件的导通压降，测量精度高，受温度影响小。
31.所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
32.本发明旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。