[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

说明书

本发明涉及有源MOSFET电压钳位电路、钳位方法和双脉冲测试电路。该电压钳位电路，包括被测器件漏极连接有源钳位管漏极，有源钳位管源极连接钳位端X结点，被测器件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，有源钳位管的栅极与被测器件的源极和钳位端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)；有源钳位管的栅极施加固定栅极偏压(V_cc)，被测器件处于关态时，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,当被测器件处于开态时，电压V_XY跟随导通电压V_DSON。

技术领域

本发明涉及高压功率器件的电压钳位测量模块技术领域，特别涉及一种用于商用p-GaN栅极功率器件动态电阻表征的有源MOSFET电压钳位电路、钳位方法和双脉冲测试电路。

背景技术

商用p-GaN栅极氮化镓高压器件在高压开关过程中具有动态电阻衰退的问题。巨大的漏源电压摆幅导致动态导通电压难以准确监测进而影响对 p-GaN栅极高压器件动态电阻的评估。动态导通电阻可以通过动态导通电压除以动态导通电流表征，动态导通电流可以由分流电阻准确监测。动态导通电压则需要通过电压钳位模块进行测量。

当前的电压钳位模块主要有可以分为有源钳位模块(含有有源器件)和无源钳位模块(仅无源器件)两种。传统的有源钳位模块(专利号:US20080309355A1)，在有源钳位管源极和功率地之间的阻抗网络仅仅由电阻和二极管组成。在输入电压高于200V时，钳位端会出现明显的电压尖峰并且该电压尖峰会显著影响示波器的测量精度。无源钳位模块主要由高压二极管构成，简单的无源钳位结构包含一个高压肖特基二极管，但是该电路检测到的导通电压包含肖特基二极管的正向导通压降，该正向导通压降和流过肖特基二极管的电流以及结温有关，从而对导通电压的测量精度造成影响。另一种基于镜像电流源的电压钳位电路(专利号:US9000791B2)，包含两个相同的高压肖特基二极管，两个相同的肖特基二极管流过相同的电流，有相同的导通压降，从而起到电压相消的作用，消除二极管正向压降对测量的影响。但是该电路结构复杂，对钳位电压的调节需要使用多个低压二极管串联。而且高压肖特基二极管的器件公差会导致导通电压的测量误差。

电压钳位电路主要分为无源钳位电路和有源钳位电路两种，都是利用钳位端(X结点和Y结点)电压来跟随被测器件的导通电压。图1(a)是传统的有源钳位电路，钳位模块由有源器件(MT)和无源器件(二极管和电阻)组成，有源器件的栅极施加固定栅极偏压(V_cc)，被测器件处于关态时，结点X 和结点Y间的电压(V_XY)被钳位V_cc-V_TH,MT附近,当被测器件处于开态时，V_XY跟随导通电压(V_DSON)。图1(b)是基于单个高压二极管的无源钳位电路，V_XY包含被测器件的导通压降(V_DSON)和高压二极管的正向导通压降(V_F)。而二极管的正向导通压降(V_F)对温度非常敏感，所以该钳位电路对环境温度敏感。图1(c)基于两个高压二极管的无源钳位电路。该电路采用镜像电流源结构，使X结点所在的上支路和Y结点所在的下支路电流相等。当两个高压二极管完全相同时，上、下支路中二极管的导通压降(V_F)相同，进而相互抵消，所以钳位端电压(V_XY)直接跟随被测器件的导通电压(V_DSON)。该电路元件众多，电路结构复杂，对电路版图设计要求高(上、下支路需要对称性设计)，且同一型号高压二极管的参数公差，会导致导通电压的测量误差。

发明内容