一种SiCMOSFET动态反偏测试中提升DS端电压变化率的分级栅极调控方法与流程

本技术涉及功率半导体器件测试的，尤其是涉及一种sic mosfet动态反偏测试中提升ds端电压变化率的分级栅极调控方法。

背景技术：

1、sic mosfet作为宽禁带功率半导体器件的代表，因其高开关速度、低导通电阻和优异的高温性能，在电动汽车、光伏逆变器、轨道交通等高功率密度应用领域得到广泛使用。

2、动态反偏测试是评估sic mosfet器件可靠性的重要手段，根据aqg324及相关标准规定，动态反偏测试要求sic mosfet器件ds端电压变化率（dvds/dt，简称dv/dt）大于50v/ns，对于分立器件甚至要求达到100v/ns。

3、然而，sic mosfet器件，尤其是sic模块通常并联多颗sic芯片，结电容较大，提升dv/dt面临诸多技术难题。

4、传统做法通过增强驱动芯片的拉/灌电流能力、减小栅极电阻来提升dv/dt，但实际效果有限，dv/dt受控于米勒电容充电阶段，即米勒平台区，驱动芯片驱动能力提升主要影响结电容刚充电阶段，而在米勒平台处，由于结电容已积累电荷，对dv/dt的提升效果有限。

5、其次，减小栅极电阻虽然有助于提升开关速度，但会使驱动回路处于过阻尼状态，极易导致栅极电压过冲，影响器件可靠性和测试安全性。

6、且单一栅极电阻难以兼顾开关速度与系统稳定性的矛盾，提高开关速度需要较大驱动能力，但过大的驱动能力在开通末期会引发电压过冲和振荡，恶化电磁干扰（emi）特性。

技术实现思路

1、针对上述问题，本技术提供了一种sic mosfet动态反偏测试中提升ds端电压变化率的分级栅极调控方法，通过分阶段动态调整栅极驱动能力，实现dv/dt的有效提升，同时抑制电压过冲和振荡。

2、本技术的上述发明目的是通过以下技术方案得以实现的：

3、一种sic mosfet动态反偏测试中提升ds端电压变化率的分级栅极调控方法，包括若干个调控阶段，所述调控阶段包括ti阶段、t2阶段、t3阶段以及t4阶段；

4、t1阶段s1、s2均为低电平，采用vee反向偏置，使器件可靠关断，s1为驱动芯片ic1输入信号，s2为驱动芯片ic2输入信号，vee为栅极电源反向电压；

5、t2阶段s1、s2均为高电平，采用高于常规电压的vadj增强驱动，vadj为可调节栅极电源正向电压，加速输入电容cgs和米勒电容充电；

6、t3阶段s1低电平、s2高电平，切换至常规电压von供电，以减小驱动电流继续完成米勒电容充电，von为栅极电源正向电压；

7、所述t4阶段s1、s2低电平，再次切换至vee反向偏置，关断器件。

8、可选的，t1阶段s1、s2均为低电平，采用vee反向偏置，使器件可靠关断的步骤，包括：

9、控制s1和s2维持低电平，开关电路中，连接vee的第三开关闭合，连接vadj的第一开关和连接von的第二开关均断开，vee接入栅极，vadj和von均断开，栅极电流从sicmosfet栅极经栅极电阻流向vee，形成反向抽取。

10、通过采用上述技术方案，t1阶段使栅极电压维持在vee负压，确保器件在开通前处于可靠关断状态为器件开通前提供可靠的反向偏置，确保栅极电荷被完全抽取，避免误导通。

11、可选的，所述t2阶段s1、s2均为高电平，采用高于常规电压的vadj增强驱动，vadj为可调节栅极电源正向电压，加速输入电容cgs和米勒电容充电的步骤，包括：

12、控制s1、s2均维持高电平，可调节栅极电源正向电压vadj接入sic mosfet栅极，vadj大于von，栅极电流方向为从vadj经栅极电阻流向sic mosfet栅极，对sic mosfet的栅极电容进行正向充电。

13、通过采用上述技术方案，该阶段提供增强型栅极驱动电流，加速输入电容cgs充电，使对sic mosfet栅极电压快速上升至米勒平台电压，同时在米勒平台前期为米勒电容提供强驱动力，缩短开通延迟时间和米勒平台持续时间。

14、可选的，所述t3阶段s1低电平、s2高电平，切换至常规电压von供电，以减小驱动电流继续完成米勒电容充电的步骤，包括：

15、控制s1转换为低电平，s2维持高电平，von接入sic mosfet的栅极，vadj断开，栅极电流方向为从von经栅极电阻流向sic mosfet栅极。

16、通过采用上述技术方案，t3阶段与t2阶段电流方向相同均是向sic mosfet的栅极，但电流幅值减小，因von小于vadj；此时米勒电容充电已接近饱和，所需驱动电流减小，使用较低电压von供电既可继续完成充电，又可避免过大的驱动电流引发后续振荡。

17、可选的，所述t4阶段s1、s2低电平，再次切换至vee反向偏置，关断器件的步骤，包括：

18、控制s1为低电平，s2转换为低电平，vee接入sic mosfet栅极，vadj和von均断开，sic mosfet栅极电流方向为反向，从sic mosfet栅极经栅极电阻流向vee，即重置到t1阶段。

19、通过采用上述技术方案，该阶段对栅极电容进行反向抽取，使栅极电压快速稳定地关断，重置到t1阶段。

20、可选的，所述t2阶段s1、s2均为高电平，采用高于常规电压的vadj增强驱动，vadj为可调节栅极电源正向电压，加速输入电容cgs和米勒电容充电的步骤中，通过调节可调节栅极电源正向电压vadj的幅值，从而调节输入电容cgs的充电速率，从而调整到达米勒平台的时间；

21、通过识别sic mosfet器件的结电容特性，结电容越大，需要的驱动电流越大，将vadj调高；结电容较小，则将vadj适当调低。

22、通过采用上述技术方案，实际应用中，需根据被测sic mosfet器件的结电容大小和目标dv/dt要求综合选择vadj值，对于结电容较大的sic模块，例如多芯片并联，应将vadj调至较高值；对于结电容较小的分立器件，可将vadj调至较低值，以在提升dv/dt的同时避免过大的电压过冲和振荡。

23、本技术的上述发明目的二是通过以下技术方案得以实现的：

24、一种sic mosfet动态反偏测试中提升ds端电压变化率的分级栅极调控电路，用于执行一种sic mosfet动态反偏测试中提升ds端电压变化率的分级栅极调控方法，包括驱动芯片ic1、驱动芯片ic2、第一二极管d1、第二二极管d2、栅极电阻r1以及sic mosfetq1；

25、所述驱动芯片ic1接入可调节栅极电源正向电压vadj，所述驱动芯片ic1的输入端用于接收开关控制信号s1，所述驱动芯片ic1的输出端与所述第一二极管d1串联后耦接于所述栅极电阻r1的一端，所述栅极电阻r1的一端设置有栅极电阻前电压vdr检测点，所述栅极电阻r1的另一端耦接于所述sic mosfetq1的栅极，所述栅极电阻r1的另一端设置有栅极电压vgs检测点；

26、所述驱动芯片ic2接入栅极电源正向电压von，所述驱动芯片ic2的输入端用于接收开关控制信号s2，所述驱动芯片ic2的输出端与所述第二二极管d2串联后耦接于所述栅极电阻r1的一端。

27、通过采用上述技术方案，通过驱动芯片ic1、驱动芯片ic2配合第一二极管d1、d2的串联隔离结构，实现了对sic mosfetq1栅极驱动回路的分级供电与精确切换控制，其中，ic1接入可调电压vadj，ic2接入常规电压von，二者分别由独立的开关控制信号s1、s2驱动，通过第一二极管d1、d2的单项导通特性实现供电通路的安全隔离与无缝切换，避免了不同电压源之间的串扰与倒灌风险；该电路结构在执行分级栅极调控方法时，可在t2阶段通过驱动芯片ic1和vadj提供增强型驱动电流，显著加速q1输入电容cgs和米勒电容cgd的充电过程，使栅极电压快速到达米勒平台，有效缩短米勒平台持续时间，从而提升ds端电压变化率dv/dt以满足aqg324标准即大于50v/ns，分立器件达100v/ns；在t3阶段切换至ic2和von供电，以较低驱动电流继续完成米勒电容充电，避免过冲隐患；在t1和t4阶段切换至vee反向抽取，抑制开通末期的电压过冲与高频振荡，改善电磁干扰特性。通过vadj幅值的灵活调节，该电路可适配不同结电容特性的sic mosfet器件，兼顾了开关速度提升与系统可靠性保障，解决了单一栅极电阻难以平衡速度与稳定性的技术矛盾。

28、可选的，所述驱动芯片ic1包括第一三极管和第二三极管，所述驱动芯片ic2包括第三三极管和第四三极管，所述第一三极管的集电极接入可调节栅极电源正向电压vadj，所述第一三极管的基极用于接收开关控制信号s1，所述第一三极管的发射极耦接于所述第一二极管d1，所述第二三极管的基极用于接收开关控制信号s1，所述第二三极管的发射极耦接于栅极电源反向电压vee；

29、所述第三三极管和所述第四三极管的基极均用于接收开关控制信号s2，所述第三三极管的集电极耦接于极电源正向电压von，所述第三三极管的发射极耦接于第二二极管d2，所述第四三极管的发射极耦接于栅极电源反向电压vee，所述第四三极管的集电极耦接于所述栅极电阻r1的一端。

30、通过采用上述技术方案，每个驱动芯片采用互补三极管对驱动芯片ic1的第一三极管和第二三极管、驱动芯片ic2的第三三极管和第四三极管构成推挽输出级，由同一控制信号s1或/和s2同步驱动，实现栅极充电路径与放电路径的快速切换，有效缩短开关过渡时间，同时增强栅极电荷的主动抽取能力，有利于抑制电压过冲和振荡，提升系统可靠性。

31、综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：

32、1.通过t2阶段采用高于常规电压vadj的增强驱动，以及t3阶段von的适配驱动，分级调控策略动态调整了米勒平台各阶段的驱动能力。对比传统固定栅压驱动，分级调控将米勒平台缩短，有效提升了dv/dt，从而缩短了开关时间，满足aqg324标准对dv/dt大于50v/ns的要求。

33、2.分级调控的电流流向精确可控，t2、t3阶段栅极电流方向保持从驱动电源流向sic mosfet栅极的正向电流，确保栅极电容持续充电；其中t2阶段由vadj增强驱动，s1、s2均保持高电平，t3阶段切换至von驱动，通过改变驱动电压幅值实现驱动电流的分级调节，t1阶段为开通前反向偏置，t4阶段再次切换至vee反向抽取，实现开通前后的双向控制。

34、3.t4阶段通过vee反向电压抽取栅极电荷，使栅极电压快速稳定，改善了电磁干扰特性。

35、4.兼顾开关速度与系统可靠性：分级调控策略在t1阶段的开通初期和t2、t3阶段的中期提供足够的驱动能力以保证开关速度，在开通末期则通过vee反向抽取抑制振荡，解决了单一栅极电阻难以平衡速度与稳定性的矛盾。

36、5.vadj为可调节栅极电源正向电压，可根据不同sic mosfet器件的结电容特性灵活调节，适用范围广，参数可调，适配性强。