帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，所述檢測電路包括：齊納二極管、三極管、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器、電壓檢測器、及若干電阻，其中：所述齊納二極管的陽極通過第一電阻與所述三極管的集電極相連，作為檢測電路的正檢測端，陰極通過第二電阻與所述三極管的基極相連，并通過第三電阻與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的負檢測端；所述三極管的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器通過第四電阻連接于所述受光器的兩端。本發(fā)明的檢測電路具有較高的靈敏度和準確性，檢測相應(yīng)速度高，可以在很短的時間內(nèi)將功率半導(dǎo)體器件的工作狀態(tài)檢測出來。
【專利說明】帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于集成電路設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路。

【背景技術(shù)】
[0002]普通晶閘管(SCR)靠門極正信號觸發(fā)之后，撤掉信號亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流，或施以反向電壓強近關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積重量增大，而且會降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲。
[0003]門極可關(guān)斷晶閘管(GTO)是一種具有自斷能力的晶閘管，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關(guān)器件。處于斷態(tài)時，如果有陽極正向電壓，在其門極加上正向觸發(fā)脈沖電流后，GTO可由斷態(tài)轉(zhuǎn)入通態(tài)，已處于通態(tài)時，門極加上足夠大的反向脈沖電流，GTO由通態(tài)轉(zhuǎn)入斷態(tài)。由于不需用外部電路強迫陽極電流為O而使之關(guān)斷，僅由門極加脈沖電流去關(guān)斷它；所以在直流電源供電的DC — DC，DC — AC變換電路中應(yīng)用時不必設(shè)置強迫關(guān)斷電路。這就簡化了電力變換主電路，提聞了工作的可罪性，減少了關(guān)斷損耗，與SCR相比還可以提聞電力電子變換的最聞工作頻率。因此，GTO是一種比較理想的大功率開關(guān)器件。
[0004]GTO和普通晶閘管一樣，是PNPN四層半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，外部也是引出陽極.陰極和門極。但和普通晶閘管不同的是，GTO是一種多元的功率集成器件。雖然外部同樣引出三個極，但內(nèi)部包含數(shù)十個甚至數(shù)百個共陽極的小GTO單元，這些GTO單元的陰極和門極在器件內(nèi)部并聯(lián)，他是為了實現(xiàn)門極控制關(guān)斷而設(shè)計的。目前，大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。
[0005]目前，對GTO的工作狀態(tài)檢測的方法通常采用比較傳統(tǒng)的檢測方法，如電流表、電壓表等直接進行檢測，傳統(tǒng)的檢測方法的往往需要耗費較多的時間，并且，檢測的靈敏度及準確度較低。
[0006]鑒于以上原因，提供一種具有高效率、較高靈敏度及準確度的檢測方法實屬必要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中功率半導(dǎo)體器件工作狀態(tài)檢測耗時、且檢測靈敏度及準確度較低的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，所述檢測電路包括:齊納二極管、三極管、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器、電壓檢測器、及若干電阻，其中:
[0009]所述齊納二極管的陽極通過第一電阻與所述三極管的集電極相連，作為檢測電路的第一檢測端，陰極通過第二電阻與所述三極管的基極相連，并通過第三電阻與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的第二檢測端；所述三極管的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器通過第四電阻連接于所述受光器的兩端。
[0010]作為本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的一種優(yōu)選方案，所述功率半導(dǎo)體器件包括門極及陰極，所述門極及陰極間形成有PN結(jié)。
[0011]進一步地，所述偏置電源的正端連接于所述功率半導(dǎo)體器件的陰極，負端通過開關(guān)連接于所述功率半導(dǎo)體器件的門極。
[0012]優(yōu)選地，所述開關(guān)為MOS管。
[0013]優(yōu)選地，所述檢測電路的第一檢測端連接于所述偏置電源的正端，第二檢測端連接于所述偏置電源的負端。
[0014]作為本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的一種優(yōu)選方案，所述功率半導(dǎo)體器件包括晶閘管及絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
[0015]優(yōu)選地，所述晶閘管包括門極可關(guān)斷晶閘管GT0、及集成門極換流晶閘管IGCT。
[0016]作為本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的一種優(yōu)選方案，所述偏置電源的工作電壓為15V。
[0017]作為本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的一種優(yōu)選方案，所述第一電阻、第三電阻及第四電阻的阻值范圍為500?1500Ω，所述第二電阻的阻值范圍為50 ?150Ω。
[0018]如上所述，本發(fā)明提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，所述檢測電路包括:齊納二極管、三極管、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器、電壓檢測器、及若干電阻，其中:所述齊納二極管的陽極通過第一電阻與所述三極管的集電極相連，作為檢測電路的正檢測端，陰極通過第二電阻與所述三極管的基極相連，并通過第三電阻與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的負檢測端；所述三極管的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器通過第四電阻連接于所述受光器的兩端。本發(fā)明的檢測電路具有較高的靈敏度和準確性，檢測相應(yīng)速度高，可以在1uS以內(nèi)將功率半導(dǎo)體器件的工作狀態(tài)檢測出來。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1顯示為本發(fā)明的一種GTO應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)示意圖，該GTO應(yīng)用電路結(jié)構(gòu)包括GTO、MOS管以及偏置電源。
[0020]圖2顯示為本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖3顯示為本發(fā)明在應(yīng)用中的偏置電源電壓及電壓檢測器失效反饋信號FS的時間關(guān)系不意圖。
[0022]元件標號說明
[0023]QlMOS 管
[0024]Dl齊納二極管
[0025]Q2三極管
[0026]Tl光耦合器
[0027]Al電壓檢測器
[0028]Rl第一電阻
[0029]R2第二電阻
[0030]R3第三電阻
[0031]R4第四電阻

【具體實施方式】
[0032]以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。
[0033]請參閱圖1?圖2。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0034]如圖1所示，當(dāng)功率半導(dǎo)體器件(在本實施例中，所述功率半導(dǎo)體器件采用GTO作為說明)，GTO處于截止狀態(tài)時，通常需要在GTO的門極與陰極之間保持一個-15V的偏置電壓(一般采用偏置電源實現(xiàn))，來保證GTO不被外部干擾信號誤觸發(fā)，該電壓正15V端(正端)連接GTO陰極，零電位端(負端)通過MOS管Ql的導(dǎo)通，連接GTO的門極。
[0035]在正常情況下，GTO的門極與陰極是是一個反偏PN結(jié)，整個電路只有幾毫安的漏電流存在，15V電壓保持穩(wěn)定。
[0036]假如GTO損壞(電壓或者電流擊穿)，根據(jù)實驗研究發(fā)現(xiàn)，GTO的門極與陰極之間的PN結(jié)會損壞擊穿，這時如果驅(qū)動MOS管Ql導(dǎo)通，那么15V電源、GT0、M0S管Ql會組成一個近似短路的回路，15V電源電壓會迅速下降到零電位。
[0037]鑒于以上所述，本實施例提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，所述檢測電路包括:齊納二極管D1、三極管Q2、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器Tl、電壓檢測器F1、及若干電阻，其中:
[0038]所述齊納二極管Dl的陽極通過第一電阻Rl與所述三極管Q2的集電極相連，作為檢測電路的第一檢測端，陰極通過第二電阻R2與所述三極管Q2的基極相連，并通過第三電阻R3與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的第二檢測端；所述三極管Q2的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器Fl通過第四電阻R4連接于所述受光器的兩端。
[0039]所述功率半導(dǎo)體器件包括門極及陰極，所述門極及陰極間形成有PN結(jié)。
[0040]進一步地，所述偏置電源的正端連接于所述功率半導(dǎo)體器件的陰極，負端通過開關(guān)連接于所述功率半導(dǎo)體器件的門極。所述偏置電源用于保證所述功率半導(dǎo)體器件的門極與陰極之間保持一個負值的偏置電壓(一般采用偏置電源實現(xiàn))，來保證功率半導(dǎo)體器件不被外部干擾信號誤觸發(fā)。在本實施例中，所述開關(guān)為MOS管，當(dāng)然，其它的開關(guān)器件同樣適用于本發(fā)明的方案，因此并不限定于此。
[0041]對于上述功率半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，所述檢測電路的第一檢測端連接于所述偏置電源的正端，第二檢測端連接于所述偏置電源的負端。
[0042]所述功率半導(dǎo)體器件包括晶閘管及絕緣柵雙極型晶體管IGBT。優(yōu)選地，所述晶閘管包括門極可關(guān)斷晶閘管GT0、及集成門極換流晶閘管IGCT。在本實施例中，所述功率半導(dǎo)體器件為門極可關(guān)斷晶閘管GT0。所述偏置電源的工作電壓為15V。
[0043]另外，為了進一步提高檢測電路的檢測電路的靈敏度及準確度，本實施例采用的第一電阻Rl、第三電阻R3及第四電阻R4的阻值范圍為500?1500 Ω，所述第二電阻R2的阻值范圍為50?150Ω。進一步地，所述第一電阻R1、第三電阻R3及第四電阻R4的阻值范圍可以選擇為800?1200 Ω，所述第二電阻R2的阻值范圍為80?120Ω。
[0044]圖3顯示為偏置電源電壓及電壓檢測器Fl失效反饋信號FS的時間關(guān)系示意圖，以GT0半導(dǎo)體功率器件為例，如圖3所示，本發(fā)明的檢測電路的工作原理為:
[0045]當(dāng)GTO處于完好狀態(tài)，GTO截止后，MOS管Ql導(dǎo)通，15V電壓使GTO的門極與陰極之間的PN結(jié)反向偏置。齊納二極管Dl處于雪崩工作狀態(tài)，使三極管Q2的基極與發(fā)射極流過一個基極電流IB，三極管Q2處于放大工作狀態(tài)，驅(qū)動光耦合器Tl，失效反饋信號FS此時輸出O電位，表示GTO狀態(tài)完好。
[0046]假如GTO失效，根據(jù)上文所述，GTO的陰極與門極PN結(jié)將被擊穿，15V電壓會迅速下降到O電位，此時齊納二極管Dl會處于截止狀態(tài)，流過三極管Q2基極的電流IB會消失，三極管Q2會迅速處于截止狀態(tài)，然后光耦合器Tl停止導(dǎo)通，失效反饋信號FS的電位跳變至5V，表示GTO已經(jīng)失效損壞。
[0047]由圖3可以看出，本發(fā)明的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路具有較高的靈敏度和準確度，并且，可以在1uS以內(nèi)將GTO的工作狀態(tài)檢測出來。
[0048]如上所述，本發(fā)明提供一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，所述檢測電路包括:齊納二極管D1、三極管Q2、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器Tl、電壓檢測器F1、及若干電阻，其中:所述齊納二極管Dl的陽極通過第一電阻Rl與所述三極管Q2的集電極相連，作為檢測電路的正檢測端，陰極通過第二電阻R2與所述三極管Q2的基極相連，并通過第三電阻R3與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的負檢測端；所述三極管Q2的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器Fl通過第四電阻R4連接于所述受光器的兩端。本發(fā)明的檢測電路具有較聞的靈敏度和準確性，檢測相應(yīng)速度聞，可以在1uS以內(nèi)將功率半導(dǎo)體器件的工作狀態(tài)檢測出來。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0049]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于: 所述檢測電路包括:齊納二極管、三極管、包括發(fā)光器及受光器的光耦合器、電壓檢測器、及若干電阻，其中: 所述齊納二極管的陽極通過第一電阻與所述三極管的集電極相連，作為檢測電路的第一檢測端，陰極通過第二電阻與所述三極管的基極相連，并通過第三電阻與所述發(fā)光器的第一端相連，作為檢測電路的第二檢測端；所述三極管的發(fā)射極與所述發(fā)光器的第二端相連；所述電壓檢測器通過第四電阻連接于所述受光器的兩端。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述功率半導(dǎo)體器件包括門極及陰極，所述門極及陰極間形成有PN結(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述偏置電源的正端連接于所述功率半導(dǎo)體器件的陰極，負端通過開關(guān)連接于所述功率半導(dǎo)體器件的門極。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述開關(guān)為MOS管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述檢測電路的第一檢測端連接于所述偏置電源的正端，第二檢測端連接于所述偏置電源的負端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述功率半導(dǎo)體器件包括晶閘管及絕緣柵雙極型晶體管IGBT。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述晶閘管包括門極可關(guān)斷晶閘管GTO、及集成門極換流晶閘管IGCT。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述偏置電源的工作電壓為15V。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶偏置電源的功率半導(dǎo)體器件的檢測電路，其特征在于:所述第一電阻、第三電阻、以及第四電阻的阻值范圍為500?1500 Ω，所述第二電阻的阻值范圍為50?150Ω。
【文檔編號】G01R31/26GK104280676SQ201410581626
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】潘燁, 白玉明, 張海濤 申請人:無錫同方微電子有限公司