用於功率器件測試系統的電壓轉換電路的製作方法
2023-11-08 04:13:27 1
專利名稱：用於功率器件測試系統的電壓轉換電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電壓轉換電路，尤其涉及一種應用在功率器件測試系統中的電壓轉換電路，屬於功率器件測試技術領域。
背景技術：
近年來，電力電子技術發展迅速，在工業、航空、軍事等領域得到了廣泛的應用。功率器件是電力電子設備的心臟，它在很大程度上決定了電力電子設備的性能和質量。迄今為止，功率器件主要包括晶閘管、門極可關斷晶閘管(GT0)、雙極型功率電晶體(BJT)、功率 MOS場效應管(M0SFET)、絕緣門極電晶體(IGBT)、整流管、大電容、靜電感應電晶體(SIT)、 靜電感應晶閘管(SITH)和MOS控制晶閘管(MCT)等。功率器件的特性參數可以分為靜態參數和動態參數兩大類。靜態參數主要有額定電壓、額定電流、動態壓降等；動態參數主要有開通速度、關斷速度、電壓臨界上升率、電流臨界上升率等，另外還有一些重要的參數，如驅動要求、器件結構參數等。功率器件的特性參數決定了該器件的應用場合和應用條件，因此對功率器件的參數測試不僅對功率器件的研究和生產來說是十分重要的，對電力電子設備的研製和生產也是非常重要的。功率器件的特性參數具有測試項目多、量程變化大、參數之間相互關聯、部分瞬態參數快速突變等特點，使得對參數的測試尤其是時間參數的測試變得十分困難。目前，國內外對功率器件的參數測試大部分依靠人工，分步、分時進行，存在速度慢、精度低等缺點。因此，研製專用的功率器件測試系統，具有重要的意義。在功率器件測試系統中，主要控制部分的電路電源為低壓，而測試接口部分需要向待測功率器件提供高壓。為了方便實現系統集成，必須在功率器件測試系統內提供從低壓到高壓的電壓轉換電路。傳統的電壓轉換電路採用單級電壓轉換，即將控制信號接在功率開關管(DM0S管)的柵極，通過控制柵極實現電壓從低壓到高壓的轉換。在這種電路方案中，耐壓管承受的電壓大，而且功率開關管的漏極需要接輸出電路，傳輸速度低。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種用於功率器件測試系統的電壓轉換電路。該電路可以在功率器件測試系統內部實現從低壓到高壓的電壓轉換。為實現上述的發明目的，本發明採用下述的技術方案 一種用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於
所述電壓轉換電路分為兩級，第一級中包括兩個反向器和兩個反向輸出電路，各反向器分別連接相應的反向輸出電路；第二級包括兩個DMOS管、兩個PMOS管、RS觸發器、電阻和四個二極體；其中，
兩個反向輸出電路的輸出端分別連接兩個DMOS管的源極，所述DMOS管的漏極連接起上拉作用的電阻；
第一二極體和第三二級管的連接點連接第一 DMOS管的漏極、第一 PMOS管的柵極和第二 PMOS管的源極；第二二極體和第四二極體的連接點連接第二 DMOS管的漏極、第二 PMOS 管的柵極和第一 PMOS管的源極；
第一 PMOS管和第二 PMOS管的源極分別連接所述RS觸發器的R端、S端。其中較優地，所述反向器包括兩個LDMOS管和一個電阻；兩個LDMOS管的漏極通過所述電阻進行連接，柵極共同接入控制電路產生的脈衝信號。其中較優地，所述脈衝信號包括分別對應驅動信號上升沿和下降沿的兩個窄脈衝，兩個窄脈衝分別送入兩個所述反向器中。其中較優地，所述DMOS管的柵極連接電源。其中較優地，所述電壓轉換電路中還包括輸出緩衝器，所述輸出緩衝器連接所述 RS觸發器的輸出端。本發明所提供的電壓轉換電路採用兩級電壓轉換，對每一級轉換驅動電路的要求都比單級電壓轉換電路的要求低，所以該電壓轉換電路的穩定度高，帶負載能力強。第二級轉換驅動電路採用DMOS管源極輸入方式，輸入電阻小，高頻特性好，轉換的信號頻率明顯高於柵極輸入方法。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖1是本電壓轉換電路的整體電路原理圖2是本電壓轉換電路中，第一級轉換驅動電路的原理圖； 圖3是本電壓轉換電路中，第二級轉換驅動電路的原理圖。
具體實施例方式本發明提供了一種將控制信號從低壓轉換到高壓的電壓轉換方案。如圖1所示， 該電壓轉換方案採用兩級電壓轉換，其中第一級將輸入的5V電壓轉換為17V電壓；第二級將輸入的17V電壓轉換到700V以上，並通過RS觸發器轉換為最終的驅動信號。PULSEU PULSE2是由控制電路產生的低電壓有效的窄脈衝信號。在本發明中，首先對控制電路產生的驅動信號進行處理，產生分別對應此驅動信號上升沿和下降沿的低電壓有效的窄脈衝PULSEl和PULSE2。這兩路信號為5V的控制信號，帶負載能力較差，佔空比比較小。它們作為第一級的輸入信號，經過第一級轉換驅動電路轉換為17V的有一定驅動能力的窄脈衝INI、IN2。INK IN2作為第二級轉換驅動電路的驅動信號，帶負載能力增強。這兩個二級窄脈衝經過第二級轉換驅動電路變成700V的高壓驅動信號，最終傳遞到寄存器的輸入端。在控制電路產生的驅動信號為上升沿時，觸發器輸出為高，外部管導通；在控制電路產生的驅動信號為下降沿時，觸發器輸出為低，外部管截止。如圖2所示，在本電壓轉換電路中的第一級轉換驅動電路中，M11、M12、M21、M22為承受中壓的LDMOS管。PULSEl和PULSE2分別接入由Mil、RlU M12和M21、R12、M22組成的反向器，由QO作為電流源為這兩個反向器供應恆定的導通電流。在兩個反向器中，Mll 和M12的柵極共同接入PULSEl，漏極之間通過Rll進行連接；M21和M22的柵極共同接入 PULSE2，漏極之間通過R12進行連接。兩個反向器分別接入由三極體Qll、Q12、Q13、Q14和三極體921、022、023、0對組成的反向輸出電路。這兩個反向輸出電路的輸出分別為IN2、IN1，所以PULSEl和PULSE2的低電壓分別對應IN2和1附的低電壓。如圖3所示，在本電壓轉換電路中的第二級轉換驅動電路中，ml、m2為耐高壓的 DMOS管，R1、R2、R3、R4為電阻，M4、M5為起電壓轉換作用的PMOS管，D1、D2、D3、D4為起保護作用的二極體，LATCH為RS觸發器，BUFFER為輸出緩衝器。mi和IN2分別作為DMOS管的源極輸入。DMOS管的柵極連接作為電源的Vcc，漏極分別連接起上拉作用的電阻R1、R2。 二極體D1、D3的連接點連接DMOS管ml的漏極、PMOS管M4的柵極和PMOS管M5的源極。二極體D2、D4的連接點連接DMOS管m2的漏極、PMOS管M5的柵極和PMOS管M4的源極。PMOS 管M4和M5的源極分別連接RS觸發器的R端、S端和電阻R3、R4，所以mi和IN2的低電壓分別對應R端、S端的高電壓。這樣，控制信號的上升沿對應PULSEl的低電壓、IN2的低電壓、S端的高電壓；控制信號的下降沿對應PULSE2的低電壓、mi的低電壓、R端的高電壓。 當上升沿到來時，S端為高，輸出為高；當下降沿到來時，R端為高，輸出為低。其他時間時， PULSE 1、PULSE2、IN2、INl均為高電壓，R端、S端為低電壓，輸出不變。在本電壓轉換電路中，PULSEl和PULSE2是由前級控制電路產生的，電壓範圍在 0 5V之間，低電壓有效。作為中壓LDMOS管驅動電路的電源Vcc為17V，Vccd為5V。在穩定狀態下，PULSEl和PULSE2均為高電壓，分別經過由Mil、RlU M12和M21、R12、M22組成的反相器後變成低電壓，從而分別使Qll、Q12和Q21、Q22截止，輸出的IN2、mi均被鉗位於小於Vcc-2*VBE的高電壓。當PULSEl端為低電位時，經過反相器輸出為高電壓，連接輸出端IN2的A*10三極體Q12的基極被鉗位於VBE，A*10三極體Q12導通，IN2端輸出低電壓；當PULSE2端為低電位時，經過反相器輸出為高電壓，連接輸出端mi的A*1三極體 Qll的基極被鉗位於VBE，A*1三極體Qll導通，IN2端輸出低電壓。在圖3中，當INI、IN2 為高電壓時，DMOS管ml、m2截止，上拉電阻Rl、R2將A、B兩點拉到高電壓，PMOS管M4、M5 截止，R端、S端為低電壓，輸出不變。當IN2輸入一個窄低脈衝時，PMOS管M5瞬間導通，S 端的電位上升到由R2、R4分壓得到的高電壓，觸發器輸出為高，並且此低脈衝作用到PMOS 管M4的源極，防止M4誤導通；當INl輸入一個窄低脈衝時，PMOS管M4瞬間導通，R端的電位上升到由R1、R3分壓得到的高電壓，觸發器輸出為高，並且此窄低脈衝作用到PMOS管M5 的源極，可以防止PMOS管M5誤導通。本發明所提供的電壓轉換電路採用兩級電壓轉換，對每一級轉換驅動電路的要求都比單級電壓轉換電路的要求低，所以該電壓轉換電路的穩定度高，帶負載能力強。第二級轉換驅動電路採用DMOS管源極輸入方式，輸入電阻小，高頻特性好，轉換的信號頻率明顯高於柵極輸入方法。本發明可應用在功率器件測試系統中，作為內部低壓控制信號與外部高壓測試信號之間的接口部分。採用該電壓轉換電路能夠降低加載到待測功率器件上的電應力，提高測試成品率，保證待測晶片的質量。上面對本發明所提供的功率器件測試系統電壓轉換電路進行了詳細的說明，但並非對本發明的限制。對本領域的一般技術人員而言，在不背離本發明實質精神的前提下對它所做的任何顯而易見的改動，都將構成對本發明專利權的侵犯，將承擔相應的法律責任。
權利要求
1.一種用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於所述電壓轉換電路分為兩級，第一級中包括兩個反向器和兩個反向輸出電路，各反向器分別連接相應的反向輸出電路；第二級包括兩個DMOS管、兩個PMOS管、RS觸發器、電阻和四個二極體；其中，兩個反向輸出電路的輸出端分別連接兩個DMOS管的源極，所述DMOS管的漏極連接起上拉作用的電阻；第一二極體和第三二級管的連接點連接第一 DMOS管的漏極、第一 PMOS管的柵極和第二 PMOS管的源極；第二二極體和第四二極體的連接點連接第二 DMOS管的漏極、第二 PMOS 管的柵極和第一 PMOS管的源極；第一 PMOS管和第二 PMOS管的源極分別連接所述RS觸發器的R端、S端。
2.如權利要求1所述的用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於 所述反向器包括兩個LDMOS管和一個電阻；兩個LDMOS管的漏極通過所述電阻進行連接，柵極共同接入控制電路產生的脈衝信號。
3.如權利要求2所述的用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於所述脈衝信號包括分別對應驅動信號上升沿和下降沿的兩個窄脈衝，兩個窄脈衝分別送入兩個所述反向器中。
4.如權利要求1所述的用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於 所述DMOS管的柵極連接電源。
5.如權利要求1所述的用於功率器件測試系統的電壓轉換電路，其特徵在於所述電壓轉換電路中還包括輸出緩衝器，所述輸出緩衝器連接所述RS觸發器的輸出端。
全文摘要
本發明公開了一種用於功率器件測試系統的電壓轉換電路。該電壓轉換電路分為兩級，第一級中包括兩個反向器和兩個反向輸出電路，各反向器分別連接相應的反向輸出電路；第二級包括兩個DMOS管、兩個PMOS管、RS觸發器、電阻和四個二極體。本發明所提供的電壓轉換電路採用兩級電壓轉換，對每一級的要求都比單級電壓轉換電路的要求低，所以該電壓轉換電路的穩定度高，帶負載能力強。第二級採用DMOS管源極輸入方式，輸入電阻小，高頻特性好，轉換的信號頻率明顯高於柵極輸入方法。
文檔編號H02M3/155GK102522894SQ20111043273
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月21日 優先權日2011年12月21日
發明者姜巖峰, 張東, 杜宇, 趙雪蓮, 鞠家欣 申請人:北京自動測試技術研究所