[发明专利]一种测量功率器件C-V曲线的测量电路及其保护方法

说明书

本发明提供了一种测量功率器件C‑V曲线的测量电路，包括IGBT的三个端子，所述三个端子分别为集电极C、发射极E、门极G，所述集电极C和所述门极G之间的寄生电容为Cgc，所述发射极E和所述门极G之间的寄生电容为Cge，所述集电极C和所述发射极E之间的寄生电容为Cce；测量电路简洁易懂，有完善的保护电路，可以精确测量功率器件上的寄生电容关于直流偏置电压的C‑V曲线，且所用的仪器设备相比较更为便宜。并且适用于测量高压偏置下的电容值。本发明不需要昂贵的测量仪器，仅需要阻抗分析仪或者RLC电桥即可测量。无源电路设计简单，并且设计有完善的保护电路，将高压和交流信号分开，能够保护仪器的功率器件，适用于高压测试场合。

技术领域

本发明涉及功率开关管的技术领域，尤其涉及一种测量功率器件C-V曲线的测量电路及其保护方法。

背景技术

随着电力电子技术的快速发展，以IGBT和MOSFET为核心的功率变流器在轨道交通、航空航天、工业传动以及电力传输等工业领域得到了广泛的应用。然而，它们在工业上的大量运用需要建立准确的模型进行仿真分析，来应对在实际运行中可能出现的各种问题。IGBT和MOSFET的寄生电容的是随直流偏置电压变化的电容，它们的大小会影响功率器件的开关断速度，开关损耗，振荡波形等。只有在精确测量了这些电容的C-V曲线，才能对这些电容进行准确的建模，才能建立完善的功率模块的模型，使功率器件在变流器设计与应用时更加方便、安全、可靠。目前，测量功率器件寄生电容的大多数是使用B1505A功率器件分析仪直接测量，但是由于仪器本身价格十分昂贵，并且需要复杂的扩展模块才能完整地测量功率器件的C-V曲线，该方法成本过于昂贵。今年来，还有人提出使用时域反射法TDR进行测量，该方法利用阶跃信号发生器对被测器件施加脉冲电压，观察和计算输入电压波形和反射电压波形可以求得功率器件的C-V曲线，但是该方法需要频率高达GHz的探头，且原理计算复杂，并不实用。还有一种方法是LCR法，也是本发明使用的方法，其原理是在被测器件上加上无源电路和直流电压偏置，利用阻抗分析仪或者LCR电桥直接测量低频时候的阻抗，求解电容值，从而求得功率器件的C-V曲线。

LCR方法的主要思路是，由于在IGBT等功率器件中，寄生电容之间会互相影响，所以要精确测量单一寄生电容的值需要利用无源器件排除其余寄生电容的干扰。LCR法中使用的阻抗分析仪或LCR电桥无法提供高达300V的直流偏置电压，所以需要外置直流电压偏置，并且需要设计隔离方案，将大电压与仪器隔离。以往的无源电路设计方案都较为简单，存在一定的安全隐患，并不适用于高压场合。本发明设计了一套C-V曲线测量的无源电路方案，可以有效地实现排除其余寄生电容干扰，实现小信号与大电压相隔离，并且可靠性高，有多重保护措施防止样品故障时仪器受损，并可适用于高压测量环境。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供了一种测量功率器件C-V曲线的保护电路及其测量方法，可以准确测量它们的电压相关寄生电容随直流电压偏置变化的曲线，并且可以应用于测量寄生电容在高压下的数值。

为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明提供了一种测量功率器件C-V曲线的测量电路，包括IGBT的三个端子，所述三个端子分别为集电极C、发射极E、门极G，所述集电极C和所述门极G之间的寄生电容为Cgc，所述发射极E和所述门极G之间的寄生电容为Cge，所述集电极C和所述发射极E之间的寄生电容为Cce；

所述Cgc的测量电路包括第一电路、第二电路和第三电路，所述第一电路包括可变电压源V1和第一示波器1，所述可变电压源V1与电阻R2、电阻R5和电阻R1串联相连接，所述第一示波器1与电阻R3和电阻R4串联相连接，所述第一示波器1和所述可变电压源V1并联相连接；所述电阻R3和所述电阻R4之间接入电容C3，所述电阻R5和所述电阻R2之间接入有电容C1；