[发明专利]有源MOSFET电压钳位电路、钳位方法和双脉冲测试电路

权利要求书

1.一种有源MOSFET电压钳位电路，其特征在于，包括被测器件(DUT)、有源钳位管(MT)和无源器件，被测器件(DUT)漏极连接有源钳位管(MT)漏极，有源钳位管(MT)源极连接钳位端X结点，被测器件(DUT)的源极连接钳位端的Y结点，X结点通过二极管D₁与Y结点之间并联电容C₁、电阻R₁和齐纳二极管D₂，有源钳位管(MT)的栅极与被测器件(DUT)的源极和钳位端Y结点的公共端之间并联电容C₂和串联的电阻R_g、电源(V_cc)；有源钳位管(MT)的栅极施加固定栅极偏压(V_cc)，被测器件(DUT)处于关态时，钳位端结点X和钳位端结点Y之间的电压V_XY被钳位V_cc-V_TH,MT附近,当被测器件(DUT)处于开态时，电压V_XY跟随导通电压V_DSON。

2.根据权利要求1所述有源MOSFET电压钳位电路，其特征在于，所述有源钳位管(MT)选用IPD60R280P7(650V-240mΩ-12A)，有源钳位管(MT)栅极电压设定在6.6V，因MT阈值电压为3.3V，故钳位电压V_CLAMP被设定在3.3V，二极管D₁选用VS18TQ040-N3(40V-18A)硅基肖特基整流器，齐纳二极管D₂(4.7V-0.5W)，电阻R₁定为10kΩ，电容C₁定为2μF。

3.一种根据权利要求1所述有源MOSFET电压钳位电路的钳位方法，其特征在于，包括步骤：

⑴在被测器件(DUT)刚刚关断时，被测器件(DUT)的电容C_oss开始充电；

⑵被测器件(DUT)的漏极-源极电压从导通电压V_DSON上升到钳位电压V_CLAMP＝V_cc-V_TH,MT，有源钳位管(MT)被动关断；

⑶负载电流开始同时对被测器件(DUT)、有源钳位管(MT)的电容C_oss充电，流过有源钳位管(MT)电容C_ds的电流对钳位端结点X充电，钳位端结点X电压过冲后，二极管D₁正向导通；

⑷钳位端结点X与钳位端结点Y之间的瞬态阻抗由电容C₁决定，若电容C₁为μF量级，则有源钳位管(MT)的电容C_ds从0V(-10⁴pF)充电到V_DSQ～V_CLAMP(-20pF)对应的充电电荷(Q_ds)对电容C₁电压的影响几乎忽略不计，其中：V_DSQ是功率器件处于关态时，器件漏源端施加的高压偏置(如:母线电压)，V_CLAMP是钳位电压；

⑸在整个关断瞬态，钳位端结点X的电压略大于钳位电压V_CLAMP，不会造成明显的电压尖峰；

⑹在稳定的被测器件(DUT)关态，被测器件(DUT)漏极电压稳定在母线电压V_DSQ，而钳位端结点X的电压会随电容C₁通过电阻R₁及齐纳二极管D₂放电而略微下降并依然稳定在钳位电压V_CLAMP附近；

⑺在被测器件(DUT)开启瞬态，被测器件(DUT)、有源钳位管(MT)的电容C_oss通过被测器件(DUT)的沟道进行放电；

⑻被测器件(DUT)的漏极-源极电压从母线电压V_DSQ下降到钳位电压V_CLAMP，有源钳位管(MT)的漏极-源极电压也从V_DSQ-V_CLAMP下降到接近0V；

⑼有源钳位管(MT)的漏源电容C_ds的放电引起的位移电流使钳位端结点X的电压略微下降，二极管D₁将从正向偏置变成反向偏置状态，且电容C₁持续通过电阻R₁放电；

⑽被测器件(DUT)的漏极-源极电压小于钳位电压V_CLAMP之后，有源钳位管(MT)的沟道导通，钳位端结点X开始对漏源电压起跟随作用，直到漏-源电压下降到线性区导通电压V_DSON；

⑾在被测器件(DUT)完全导通后，导通电压V_DSON随导通电流I_DSON的增大而增大，而钳位端结点X将一直跟随导通电压V_DSON的变化。

4.一种双脉冲测试电路，其特征在于，包括被测器件(DUT)、分流电阻R_shunt、直流电源V_IN、电容C_IN、电感L、肖特基二极管D_SBD和电压钳位电路、示波器，被测器件(DUT)的漏极-源极之间并联电压钳位模块和示波器，被测器件(DUT)漏极连接分流电阻R_shunt并接地，分流电阻R_shunt的另一端与被测器件(DUT)源极之间并联电容C_IN和直流电源，被测器件(DUT)源极与并联电容C_IN和直流电源的公共端之间关联电感L、肖特基二极管D_SBD；所述双脉冲测试电路用于评估功率器件的开关速度和开关损耗，被测器件漏源端并接电压钳位模块，缩小示波器的监测范围，以提高被测器件导通电压V_DSON的测量精度，再结合分流电阻R_shunt测得的导通电流I_DSON，进而准确评估导通电阻。