[发明专利]一种用于在线测量功率晶体管导通压降的无源钳位电路

说明书

本发明公布了一种用于在线测量功率晶体管导通压降的无源钳位电路，包括用于承受高压的电阻R、释放二极管D_f、分压二极管D₁…D_n、稳压二极管D_z。待测晶体管关断时，电阻R承受关断高压，输出A、B两端电压维持在由稳压二极管D_z决定的钳位电压值；待测晶体管开通时，输出A、B两端电压将从钳位电压值通过释放二极管D_f下降至待测晶体管的导通压降。本发明电路中分压二极管R₁…R_n不仅可以降低回路中的等效电容值，减少释放时间，还可以提高测量精度。本发明所提出的电路，具有结构简单、动态性能好、测量精度高的优点。

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及功率晶体管导通压降的测量。

背景技术

随着多电和全电飞机的发展，飞机用电量不断增加，机载电力电子设备越来越多，因此对机载电力电子变换装置的可靠性、可维护性及可测试性提出了更高的要求。导通压降作为功率晶体管内部键合线断裂的重要标志，已成为用于监测功率晶体管衰退的一个重要特征参数。然而，随着电力电子技术的发展，高耐压、低导通电阻的功率晶体管对于导通压降的在线测试提出了更高的要求。

一个正常工作的功率晶体管，其两端电压处于交变状态，当待测功率晶体管导通时，其两端电压较低(可以达到1V以下)；当待测功率晶体管关断时，其两端电压往往较高(可以达到数百伏)。要测量功率晶体管两端的电压波形，测量设备(一般指电压测量设备)的测量范围必须设计得足够宽，从而能够同时测量开通与关断两个等级的电压，否则，测量设备内部的放大器会饱和，若没有足够的恢复时间，会影响导通压降的测量精度。举个例子来说，如果晶体管两端电压范围为0.1V～400V，八位的模数转换提供2⁸＝256个量化电平，该八位的模数转换可以提供的分辨率为400/256＝1.56V，而1.56V的分辨率下测量0.1V的电压，结果显然不具有置信度。随着GaN器件的发展，更低的导通电阻以及更高的电压应力使得该问题更加突出。因此，对于宽禁带的器件的测量需要更高的分辨率以及更快的测量速度。

发明内容

本发明旨在为功率晶体管的可靠性研究提供一种技术支持，提供一种可以将待测功率晶体管关断时的较高电压钳位到较低电压的电路，实现了在一个较小的电压范围内测量功率晶体管两端的电压，从而保证对待测功率晶体管的导通压降的测量精度。

本发明提供的技术方案如下：

一种用于在线测量功率晶体管导通压降的无源钳位电路，包括电阻R、二极管D_f、二极管D₁…D_n、稳压二极管D_z，其中，二极管D_f的阴极与电阻R的一端同时连接待测功率晶体管的漏极D，二极管D_f的阳极与电阻R的另一端同时连接二极管D₁的阳极，二极管D₁的阴极连接二极管D₂的阳极,…,二极管电阻D_n-1的阴极连接二极管D_n的阳极，二极管D_n的阴极连接稳压二极管D_z的阴极，稳压二极管D_z的阳极连接待测功率晶体管的源极S，二极管D₁的阳极为正极输出端A，稳压二极管D_z的阳极为负极输出端B，输出端A、B分别连接电压测量设备的正负极。

优选地，二极管D_f为高压二极管，二极管D₁…D_n为低压二极管。

该电路工作原理描述如下：

待测功率晶体管导通时，此时输出端电压V_AB为：