一種高壓大電流放大器電路的製作方法
2023-09-22 02:29:05 2
專利名稱：一種高壓大電流放大器電路的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於特大功率半導體器件測試系統的高速高壓大電 流放大器電路技術。
背景技術：
功率放大器是特大功率半導體測試系統的關鍵部件之一。目前國 內常用的半導體分立器件測試系統大都選用教科書上提供的的功率
放大線路，實現的放大器輸出電流能力不足， 一般僅能提供低壓40A 以下的瞬態功率電流，並且反應速度很慢，無法滿足特大功率器件測 試的需要。 發明內容
本實用新型的目的是克服現有技術的缺點，提供一種高壓大電流 放大器電路，具有線路簡潔、性能穩定、模塊化、電流輸出可無限制 擴展、用於大功率半導體器件測試精度高、速度快等特點。
實現本實用新型目的的技術方案是 一種高壓大電流放大器電 路，包括高壓功率放大器、電流放大器、電流放大陣列、功率電源單 元。其特徵是電流放大陣列由任意多個電流放大宏單元組成，每個電 流放大宏單元由二個電流放大子單元和一個功率電源單元構成。在電 流放大陣列中，所有電流放大宏單元為並行連接，實現任意需要的電 流放大能力擴展，並保持具有與高壓功率放大器一致的電壓輸出能 力；高壓功率放大器、電流放大器由一個功率電源單元供電。高壓功率放大器採用一種新型集成功率放大器，同時配備了高壓
和過流保護電路；高壓功率放大器接受來自電壓信號發生器的電壓信 號V1，同時受電壓/電流採樣反饋信號的作用，實現對DUT電參數測 試的精確驅動。
集成功率放大器可根據需要選擇增益帶寬和輸出壓擺率，滿量程 脈衝上升時間可達到100nS內。
電流放大子單元由偏置電路、輸入級、放大輸出級構成，其中 CR1， R2， CR6作為穩壓偏置電路，用於將高壓大電流放大器功率管 設置在亞放大工作狀態；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和 R3， R4構成初級放大電路；Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9構 成中間放大級；Q7-Q14和R10-R33構成輸出放大級；CR15-CR18和 R34構成保護電路；Cl-C4用於調整該單元電路的交流特性，避免電 路振蕩。
在本實用新型中，我們選用新的高速功率電晶體作為放大管，經 過自主創新，設計了並聯式功率放大線路，並且將該線路作為單元固 化為功放單元模板，每塊模板的電流驅動能力達到了 250A以上，而 反應時間小於5個微秒。如果需要，可以將多個功放單元模板同時插 入貨架式結構總線插槽，以獲得更大的功率驅動電流。本系統目前達 到的最大功放瞬態輸出功率為100KW，最大瞬態輸出電流為500A。
圖1是高速高壓大電流功率放大電路及功率器件通態參數測試原理 框圖。圖2是高壓功率放大電路原理圖。
圖3是電流放大子單元線路原理圖。
圖4是電流放大子單元示意圖。
圖5是電流放大宏單元原理框圖。
圖6是陣列式大電流放大器原理框圖。
圖7是高速高壓大電流功率放大電路原理框圖。
具體實施方式
如圖1所示， 一種高壓大電流放大器電路，包括高壓功率放大器、 電流放大器、電流放大陣列、功率電源單元，高壓功率放大器和一級 電流放大器由一個功率電源供電，電流放大陣列中的各放大單元分別 由各自的功率電源供電。
如圖6所示，電流放大陣列由任意多個電流放大宏單元組成，所 有電流放大宏單元並行連接，實現任意需要的電流放大能力擴展，並 保持具有與高壓功率放大器一致的電壓輸出能力。每個電流放大宏單 元具有250A/50V的雙向輸出能力，在此基礎上的多單元陣列可給出 250A/50V X N功率驅動信號源能力。
如圖5所示，每個電流放大宏單元由二個電流放大子單元和一個 功率電源構成且每二個電流放大子單元由 一個功率電源供電。
如圖4和圖7所示，向高壓功率放大器輸入可編程電壓信號以及 反饋電壓和電流信號，高壓功放輸出的電壓信號經過電流放大器進行 一級電流放大，再輸出給電流放大陣列進行二級電流放大，通過電流 放大陣列輸出得到需要的大電流電壓驅動信號，用以實現大電流情況下的功率半導體器件測試。
如圖3所示，電流放大子單元由偏置電路、輸入級、放大輸出級 構成，其中CR1， R2， CR6作為穩壓偏置電路，用於將高壓大電流放 大器功率管設置在亞放大工作狀態；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和R3， R4構成初級放大電路;Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9構成中間放大級；Q7-Q14和R10-R33構成輸出放大級；CR15-CR18 和R34構成保護電路；C1-C4用於調整該單元電路的交流特性，避免 電路振蕩。各級電晶體分別採用新型高速器件，經優化補償後滿載脈 衝功率可達到125AX50V，滿負荷脈衝上升時間不大於100nS。
如圖1和圖2所示，受系統嵌入式計算機控制，由高速精密D/A 發生分別向A極高壓功率放大器和G極功率放大器輸入可編程的電壓 信號VI和V2，作為電壓/電流源參考。A極電壓或電流參考信號經過 高壓功放、電流放大器、電流放大陣列進行電壓/電流放大，加至DUT 的A極，並經過A-K極電壓和電流採樣反饋，使加至A-K極間的電壓 或電流滿足相應參數測試要求；同理，G極電壓或電流參考信號經過 功率放大器、電流放大器進行電壓電流放大，加至DUT的G極，並經 過G-K極電壓和電流採樣反饋，使加至G-K極間的電壓或電流滿足參 數測試要求。根據參數測試要求，A-K和G-K極採樣的電壓或電流信 號被作為計算機處理，最終得到對應的測試結果。由於重點說明大電 流功率放大器以及針對半導體通態電參數的測試，圖1中不包含測試 斷態參數需要的A極升壓放大電路及其它測量電路。並且只重點說明 高壓大電流放大器部分。本實用新型可以精確為多種新型大功率器件(通態功率達到50KW 以上)的通態直流電參數測試提供電流電壓源，同時通過對被加信號 的精確控制和測量，以及對DUT器件狀態的實時測量和輸出波形分 析，可以實現對諸如IGBT、 MOSFET等大功率器件的大電流下導通時 間、截止時間、導通能量、關斷能量等交流電參數的準確測量，結合 使用嵌入式計算機，高速存儲示波器、高速信號分析算法，1000A通 態大電流情況下的時間參數測量解析度達到2nS，測試精度10-15nS。
主要技術指標
電源電壓±40—士80V
輸出電壓範圍0 -- 士65V
輸出電流範圍0 — 士2500A
最大輸出功率50KW
輸出壓擺率15V/uS
最小脈衝寬度10uS。
權利要求1、一種高壓大電流放大器電路，包括高壓功率放大器、電流放大器、電流放大陣列和功率電源單元，其特徵是電流放大陣列由任意多個電流放大宏單元組成，每個電流放大宏單元由二個電流放大子單元和一個功率電源構成且每二個電流放大子單元由一個功率電源供電，所有電流放大宏單元並行連接，實現任意需要的電流放大能力擴展，並保持具有與高壓功率放大器一致的電壓輸出能力；高壓功率放大器、電流放大器由一個功率電源單元供電。
2、 如權利要求1所述的一種高壓大電流放大器電路，其特徵是高壓 功率放大器採用集成功率放大器，同時配備了高壓和過流保護電路； 高壓功率放大器接受來自電壓信號發生器的電壓信號VI，同時受電 壓/電流採樣反饋信號的作用，實現對DUT電參數測試的精確驅動。
3、 如權利要求1所述的一種高壓大電流放大器電路，其特徵是電流 放大子單元由偏置電路、輸入級、輸出放大級構成，其中CR1， R2， CR6作為穩壓偏置電路，用於將高壓大電流放大器功率管設置在亞放 大工作狀態；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和R3， R4構成 初級放大電路；Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9構成中間放大 級；Q7-Q14和R10-R33構成輸出放大級；CR15-CR18和R34構成保護 電路；Cl-C4用於調整該單元電路的交流特性，避免電路振蕩。
專利摘要本實用新型提供一種高壓大電流放大器電路，包括高壓功率放大器、電流放大器、電流放大陣列、功率電源單元，其特徵是電流放大陣列由任意多個電流放大宏單元組成，每個電流放大宏單元由二個電流放大子單元和一個功率電源構成且每二個電流放大子單元由一個功率電源供電，所有電流放大宏單元並行連接，實現任意需要的電流放大能力擴展，並保持具有與高壓功率放大器一致的電壓輸出能力；高壓功率放大器、電流放大器由一個功率電源單元供電。本實用新型具有線路簡潔、性能穩定、模塊化、電流輸出可無限制擴展、用於大功率半導體器件測試精度高、速度快等特點。
文檔編號G01R31/26GK201327524SQ200820222528
公開日2009年10月14日 申請日期2008年11月20日 優先權日2008年11月20日
發明者杜忠勤 申請人:西安佰人科技有限公司