一种GaN开关应力测试系统及电子设备的制作方法

一种gan开关应力测试系统及电子设备
技术领域
1.本发明涉及自动化测试领域，尤其涉及一种gan开关应力测试系统及电子设备。


背景技术：

2.随着硅基gan的工艺成熟，硅基gan开始广泛用于高功率、小体积的快充应用中。快充应用中的硅基gan开关一般分为增强型和耗尽型两种类型，其中，增强型gan开关相比耗尽型gan开关具有寄生电容小、反向恢复时间短的特点，因此被更广泛的应用。
3.但是增强型的gan开关在制造工艺中使用了pgan这道工艺，导致器件在强应力的情况下可能出现损坏，更严重的情况可能导致源漏失效、爆炸等。
4.目前已经广泛应用的测试方法为图1所示的双脉冲电路。由于该电路的信号源输出为两个周期的脉冲，虽然在两个周期中gan开关经历了一次完整的高压关闭和低压开启，可以计算这个过程中的动态导通电阻。但是，在持续硬开关下才会出现的自热效应该电路是无法模拟的。如果简单的将双脉冲信号源变成持续脉冲，由于电感中储存的能量无法及时泄放掉，流过电感和gan开关的电流会持续增加，最终导致该电路烧毁。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本技术实施例提供了一种gan开关应力测试系统及电子设备，具体方案如下：第一方面，本技术实施例提供了一种gan开关应力测试系统，用于对gan开关进行应力测试，所述gan开关应力测试系统包括：高压电源单元和驱动信号单元；所述高压电源单元的输入端用于接入初始高压直流电信号，所述高压电源单元的输出端与所述gan开关的漏极电连接，所述高压电源单元用于向所述gan开关的漏极提供目标高压直流电信号；所述驱动信号单元的输入端用于接入初始驱动信号，所述驱动信号单元的输出端与所述gan开关的栅极电连接，所述驱动信号单元用于向所述gan开关的栅极提供目标驱动信号，所述目标驱动信号为对所述初始驱动信号进行预设限幅处理后得到的电平信号。
6.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述gan开关应力测试系统还包括：第一采样电阻、第二采样电阻和反馈监测单元；所述驱动信号单元的输出端通过所述第一采样电阻与所述gan开关的栅极电连接；所述gan开关的源极经由所述第二采样电阻接地；所述反馈监测单元的输入端用于获取所述第一采样电阻的第一电压信号和所述第二采样电阻的第二电压信号，所述反馈监测单元的输出端分别与所述高压电源单元的控制端和所述驱动信号单元的控制端电连接；所述反馈监测单元根据所述第一电压信号、所述第二电压信号以及预设的参考电压信号判断所述gan开关是否处于异常状态，并当判定所述gan开关处于异常状态时，控制
所述高压电源单元停止接入初始高压直流电信号，以及控制所述驱动信号单元停止接入初始驱动信号。
7.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述高压电源单元包括高压功率开关和负载电路；所述高压功率开关的输入端用于接入所述初始高压直流电信号，所述高压功率开关的控制端与所述反馈监测单元的输出端电连接，所述高压功率开关的输出端与所述负载电路的输入端电连接；所述负载电路的输出端与所述gan开关的漏极电连接，所述负载电路用于对所述初始高压直流电信号进行预设升压处理，以得到所述目标高压直流电信号。
8.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述负载电路为基于变压器实现的感性负载电路；所述负载电路用于通过调节次级线圈的负载使所述负载电路进入谐振状态，以向所述gan开关的漏极输出所述目标高压直流电信号，所述目标高压直流电信号的谐振波峰时刻与所述gan开关进行开关状态切换的时刻相同。
9.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述驱动信号单元包括第一数字开关和驱动调节电路；所述第一数字开关的输入端用于接入所述初始驱动信号，所述第一数字开关的输出端与所述驱动调节电路的输入端电连接，所述第一数字开关向所述驱动调节电路输送所述初始驱动信号；所述驱动调节电路的输出端与所述gan开关的栅极电连接；所述驱动调节电路用于对所述初始驱动信号进行限幅，以得到所述目标驱动信号。
10.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述反馈监测单元包括放大电路、第一比较电路、第二比较电路和触发电路；所述放大电路的输入端并联连接在所述第一采样电阻的两端，所述放大电路的输出端与所述第一比较电路的输入端电连接；所述gan开关的源极与所述第二比较电路的输入端电连接，所述第一比较电路的输出端和所述第二比较电路的输出端均与所述触发电路的输入端电连接；所述第一比较电路的输入端和所述第二比较电路的输入端还用于接入预设的参考电压信号，所述第一比较电路用于比较所述第一电压信号和所述参考电压信号的电压大小，当所述第一电压信号大于所述参考电压信号时，向所述触发电路发送对应的判决信号；所述第二比较电路用于比较所述第二电压信号和所述参考电压信号的电压大小，当所述第二电压信号大于所述参考电压信号时，向所述触发电路发送对应的判决信号；所述触发电路的输出端分别与所述高压电源单元的控制端和所述驱动信号单元的控制端电连接。
11.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一比较电路包括第一比较器和第二比较器，所述第二比较电路包括第三比较器，所述触发电路包括第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器和预设逻辑门电路；所述第一比较器的输入端和所述第二比较器的输入端均与所述放大电路的输出
端电连接；所述第三比较器的输入端与所述gan开关的源极电连接，所述第三比较器的输出端与所述第三d触发器的输入端电连接；所述第一d触发器、所述第二d触发器和所述第三d触发器的输出端均与所述预设逻辑门电路的输入端电连接；所述第一d触发器、所述第二d触发器和所述第三d触发器用于根据预设的时钟信号采集对应的比较器发送的判决信号，并向所述预设逻辑门电路发送所述判决信号。
12.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述gan开关应力测试系统还包括启动单元，所述启动单元包括第二数字开关、计数器电路和拨码开关；所述第二数字开关的输入端用于接入预设时钟信号，所述第二数字开关的输出端与所述计数器电路的驱动端电连接；所述计数器电路的控制端与所述拨码开关电连接，所述计数器电路的输出端与所述触发电路电连接；所述计数器电路用于在当前计数值与所述拨码开关中的参考值相等时，向所述触发电路发送触发信号，以使所述触发电路获取各比较电路的判决信号。
13.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述计数器电路包括第一计数器、第二计数器和第三计数器；所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器的控制端均与所述拨码开关电连接；所述第一计数器的输出端与所述第三d触发器的控制端电连接，所述第二计数器的输出端与所述第二d触发器的控制端电连接，所述第三计数器的输出端与所述第一d触发器的控制端电连接。
14.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述启动单元还包括上升沿捕获电路和下降沿捕获电路；所述上升沿捕获电路的输入端和所述下降沿捕获电路的输入端均与所述驱动信号单元电连接；所述上升沿捕获电路的输出端与所述第二计数器的复位端电连接，所述下降沿捕获电路的输出端与所述第三计数器的复位端电连接。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括前述第一方面及第一方面任一实施方式所述的gan开关应力测试系统。
16.本技术实施例提供了一种gan开关应力测试系统及电子设备，有益效果为用于对gan开关进行应力测试，所述gan开关应力测试系统包括：高压电源单元、驱动信号单元、第一采样电阻、第二采样电阻和反馈监测单元；所述高压电源单元将初始高压直流电信号处理成目标高压直流电信号，并向所述gan开关的漏极提供所述目标高压直流电信号。所述驱动信号单元将初始驱动信号处理成目标驱动信号，并向所述gan开关的栅极提供所述目标驱动信号。本发明提供的测试系统能够持续为gan开关提供高应力，从而提高gan开关的检测精度，分别在所述gan开关的栅极和源极设置第一采样电阻和第二采样电阻，以及用于监测异常状态的反馈监测单元，从而能够在gan开关工作异常时，及时对测试系统进行保护。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对本发明保护范围的限定。在各个附图中，类似的构成部分采用类似的编号。
18.图1示出了现有技术中的一种双脉冲测试电路的电路示意图；图2示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的系统模块示意图之一；图3示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的系统模块示意图之二；图4示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的负载电路的电路示意图之一；图5示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的负载电路的电路示意图之二；图6示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统使用不同负载电路的效果示意图；图7示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的驱动电路的电路示意图；图8示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的参考电压生成电路的电路示意图；图9示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的计数器电路的电路示意图；图10示出了本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的上升沿捕获电路的电路示意图。
具体实施方式
19.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
20.通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。
22.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本
发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。
24.快充属于开关模式电源（smps, switched mode power supply）中的一种应用。在smps应用中，mosfet开关和gan开关所经历的应力模式包括高电压常关、大电流常开、零电压开启、零电流关闭、高电压开启和大电流关闭，需知的，mosfet开关经历的应力模式还包括反相导通。
25.高电压常关和大电流常开属于较弱的应力，当开关处于安全工作区（soa，safe operating area）时，系统通常不会出现故障。此外，这两种应力模式可以分别采用高温反相偏置试验（high temperature reverse bias，简称htrb）和高温栅偏试验（high temperature gate bias，简称hrgb）两种静态测试进行覆盖。
26.零电压关闭和高电压开启属于软开关模式，虽然软开关模式属于动态模式，但是由于不存在开关状态翻转瞬间的穿通损耗，因此开关的自热效应、热电子注入效应都较弱。需知的，软开关模式也属于较弱的应力。
27.高电压开启和大电流关闭属于硬开关模式，与软开关模式相比，由于存在穿通损耗，其应力要远大于软开关模式。因此，只要通过硬开关的应力测试，那么软开关的应力也不会存在问题。
28.此外，动态应力和静态应力相比，动态应力会急剧增加gan开关的动态电阻，而动态电阻会进一步增加gan开关的损耗。因此，在实际量产过程中，已通过静态测试的gan开关，在实际应用中仍旧会发生损坏。
29.目前已经广泛应用的测试方法为图1所示的双脉冲电路。所述双脉冲电路的双脉冲信号源输出只有两个周期的脉冲信号。在两个周期中，gan开关经历了一次完整的高电压关闭和低电压开启，可以计算gan开关在这个过程中的动态导通电阻。但是，所述双脉冲电路无法模拟在持续硬开关下才会出现的自热效应。如果简单的将双脉冲信号源变成持续脉冲信号，由于电感中储存的能量无法及时被泄放，流经电感和所述gan开关的电流会持续增加，最终导致该电路烧毁。
30.此外，图1中产生高电压开启应力的高电压信号需要由直流电源提供，直流电源输出电压的最大值为所述双脉冲电路能提供的最大电压应力。
31.由于所述双脉冲电路存在上述问题，本发明提供一种gan开关应力测试系统，所述gan开关应力测试系统能够以更接近实际应用的方式，对gan开关进行高应力下的硬开关应力测试，并有效提升硬开关应力测试的测试效果。所述gan开关应力测试系统可以验证动态电阻、自热效应等条件下，gan开关的工作可靠性。
32.此外，由于gan开关在整个测试过程中长时间处于开关切换状态，一旦发生损坏可能会产生爆炸或发生二次击穿，从而导致测试系统损坏。因此本发明提供的gan开关测试系统包含了监测gan开关工作状态的单元，一旦发现gan工作异常，能够快速关闭高压电源并让测试系统暂停工作。
33.此外，本发明通过对负载电路的改进设计，可以采用较低规格的直流电源测试更高电压信号下的应力，降低测试系统对直流电源的规格需求，同时还降低了同等电压应力
下测试系统的功耗。
34.参考图2，为本技术实施例提供的一种gan开关应力测试系统的系统模块示意图，本技术实施例提供的gan开关应力测试系统，用于对gan开关进行应力测试，如图2所示，所述gan开关应力测试系统包括：高压电源单元和驱动信号单元；所述高压电源单元的输入端用于接入初始高压直流电信号，所述高压电源单元的输出端与所述gan开关的漏极电连接，所述高压电源单元用于向所述gan开关的漏极提供目标高压直流电信号；所述驱动信号单元的输入端用于接入初始驱动信号，所述驱动信号单元的输出端与所述gan开关的栅极电连接，所述驱动信号单元用于向所述gan开关的栅极提供目标驱动信号，所述目标驱动信号为对所述初始驱动信号进行预设限幅处理后得到的电平信号。
35.在具体实施例中，直流电源提供gan开关应力测试所需的初始直流高电压，所述初始高压直流电信号的电压值通常在10v至300v的区间内变化。需知的，若实际应用场景中gan开关所需的测量电压信号需求更高，所述初始高压直流电信号的电压值也可以大于300v。
36.直流电源通过所述高压电源单元的输入端连接，所述高压电源单元对所述初始高压直流电信号进行滤波、调频和升压等处理，以得到所述目标直流高压电信号。所述高压电源单元的输出端与所述gan开关的漏极电连接，以向所述gan开关的漏极提供所述目标直流高压电信号。
37.直流电源通过继电器或者mosfet实现的高压功率开关，将所述初始高压直流电信号输出给滤波电路。
38.滤波电路的设置能够有效稳定因高压功率开关有限内阻引入的电源纹波。
39.经过滤波电路过滤后的高压直流电信号干净且对地退耦性能良好，所述滤波电路设置在高压功率开关和负载电路之间，所述滤波电路对所述初始高压直流电信号过滤后，将过滤后的高压直流电信号输送给所述负载电路。
40.所述负载电路可以通过多种连接方式进行实现，可以是基于电感l、电阻r、电容c器件组成的基础负载电路，或者是基于变压器原理实现的负载电路。所述负载电路的具体连接方式可以根据实际应用场景进行替换。所述负载电路的作用为当gan开关在高电压开启时，为所述gan开关提供漏极电压；当gan开关在大电流关闭时，为所述gan开关提供漏源电流，并且在大电流关闭时防止产生过大的电压脉冲导致gan开关被硬击穿。
41.所述初始驱动信号为预设的电机设备生成的用于模拟真实情况下的脉宽调制（pulse-width modulation，简称pwm）信号。具体的，所述预设的电机设备可以为能够生成pwm信号的任意pwm信号发生器。
42.在具体实施例中，对初始驱动信号进行的预设限幅处理动作包括电平转换处理、调制处理、上升沿斜率调整和下降沿斜率调整等，在实际应用过程中，用户可以自适应的选择对初始驱动信号的处理步骤，以得到能够稳定驱动gan开关进行开关状态切换的目标驱动信号。
43.所述驱动信号单元的输入端用于获取所述初始驱动信号，并对所述初始驱动信号作预设次数的电平转换处理，从而得到能够用于驱动gan开关进行开关状态切换的驱动信号。
44.在一种实施例中，所述初始驱动信号通过数字开关处理，得到标准数字逻辑电平，其中，所述标准数字逻辑电平为1.1v、1.8v、2.5v、3.3v或5v的电平信号。而gan开关的有效开启电压通常为6.2v，所述数字开关生成的标准数字逻辑电平并不能匹配gan开关的开启条件。
45.所述驱动信号单元还包括电平转换电路，所述电平转换电路能够将所述数字逻辑电平转换成能够有效驱动gan开关的电平。
46.所述电平转换电路在完成对所述标准数字逻辑电平的电平转换后，将转换后的电平信号输送至驱动调节电路，所述驱动调节电路对所述电平信号进行精确限幅，并调整所述电平信号的上升沿斜率和下降沿斜率，以得到用于驱动gan开关栅极的驱动信号。
47.在另一种实施例中，所述数字开关生成的逻辑电平并非标准数字逻辑电平，所述数字开关的输出端直接连接所述驱动电路的输入端，所述驱动电路对所述数字开关发送的逻辑电平进行精确限幅，调整上升沿斜率和下降沿斜率等处理，最终得到输送至所述gan开关的栅极的目标驱动信号。
48.通过所述目标驱动信号和所述目标高压直流电信号，可以持续在高应力条件下测试gan开关的各项性能，若所述gan开关在预设周期的目标高压直流电信号的测试下，未出现任何异常，则说明所述gan开关为正常开关。
49.gan开关在功能退化或者失效后，会出现栅漏电流增大，栅源电流和漏源电流无法关闭的现象。gan开关工作在某些结构的驱动电路下时，栅漏电流增大和栅源电流无法关闭的情况，会导致gan开关的栅极电压在开启状态和关闭状态时都处于一种中间状态，即gan开关处于半开启状态，最终导致gan开关过载烧毁。
50.而当漏源电流常开时，若负载电路为感性负载，gan开关的电流会急剧增大，最终使得gan开关烧毁。
51.参考图3，本实施例中的gan开关应力测试系统还设置了对应的反馈监测单元，用于在测试gan开关的应力承受性能时，实时监测gan开关的栅漏电流、栅源电流和漏源电流。
52.如图3所示，所述gan开关应力测试系统还包括：第一采样电阻、第二采样电阻和反馈监测单元；所述驱动信号单元的输出端通过所述第一采样电阻与所述gan开关的栅极电连接；所述gan开关的源极经由所述第二采样电阻接地；所述反馈监测单元的输入端用于获取所述第一采样电阻的第一电压信号和所述第二采样电阻的第二电压信号，所述反馈监测单元的输出端分别与所述高压电源单元的控制端和所述驱动信号单元的控制端电连接；所述反馈监测单元根据所述第一电压信号、所述第二电压信号以及预设的参考电压信号判断所述gan开关是否处于异常状态，并在判定所述gan开关处于异常状态时，控制所述高压电源单元停止接入初始高压直流电信号，以及控制所述驱动信号单元停止接入初始驱动信号。
53.在具体实施例中，为了方便反馈监测单元对三种电流的监测，在gan开关的栅极和源极分别设置了对应的第一采样电阻和第二采样电阻，通过所述第一采样电阻和所述第二采样电阻将电流转换成电压信号，以供所述反馈监测单元获取对应所述第一采样电阻的第
一电压信号和对应所述第二采样电阻的第二采样信号。
54.具体的，所述第一采样电阻的第一电压信号用于表示gan开关栅极的电压，所述第二采样电阻的第二电压信号用于表示gan开关源极的电压。
55.所述反馈监测单元根据预设的比较电路和触发电路处理所述第一电压信号和所述第二电压信号，从而能够在gan开关的栅漏电流、栅源电流或漏源电流出现异常时，进行异常情况下的处理动作。所述异常情况下的处理动作包括停止为所述gan开关继续提供高压直流电信号和驱动信号。
56.具体的，所述高压电源单元和所述驱动信号单元中均设置了接入所述初始高压直流电信号和所述初始驱动信号的开关器件。当所述反馈监测单元检测到gan开关出现异常情况时，向对应的高压电源单元和驱动信号单元的开关的控制端发送异常信号，以使所述高压电源单元和所述驱动信号单元停止接入所述初始高压直流电信号和所述初始驱动信号。
57.通过所述第一采样电阻、所述第二采样电阻和所述反馈监测单元的设置，能够有效解决在连续应力下，gan开关发生损坏后发生爆炸或二次击穿的问题，避免所述gan开关测试系统在测试过程中损坏。
58.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述高压电源单元包括高压功率开关和负载电路；所述高压功率开关的输入端用于接入所述初始高压直流电信号，所述高压功率开关的控制端与所述反馈监测单元的输出端电连接，所述高压功率开关的输出端与所述负载电路的输入端电连接；所述负载电路的输出端与所述gan开关的漏极电连接，所述负载电路用于对所述初始高压直流电信号进行预设升压处理，以得到所述目标高压直流电信号。
59.在具体实施例中，如图3所示，所述高压电源单元设置于直流电源和所述gan开关的漏极之间。
60.在一种具体实施方式中，所述高压电源单元包括依次连接的高压功率开关、滤波电路和负载电路。
61.所述高压功率开关可以基于继电器或者mosfet等基础器件进行实现，所述高压功率开关的具体组成结构可以参考现有技术中的高压功率开关结构。
62.所述负载电路的组成结构包括多种结构，既可以采用如图4所示的基于电感、电阻和二极管实现的负载电路，也可以采用如图5所示的基于变压器实现的负载电路。
63.如图4所示，所述负载电路由电感l1、电阻r1和二极管d1实现，其中电感l1用于产生应力所需的高电压和大电流，电阻r1用于耗散电感l1中的能量，二极管则起到为电感l1电流续流的作用。
64.当gan常关时，电感l1两端电压为0，此时gan开关的漏极电压为直流输入电压。
65.当gan开关开启时，gan开关经历高压开启硬开关应力，gan开关的漏级电压降为0，流经电感l1的电流开始逐渐变大。当gan开关关闭时，gan开关经历大电流关闭硬开关应力。
66.在gan开关常关时，gan开关的漏极电压不能立即降为0，需要二极管d1防止漏极电压过冲，防止gan开关被硬击穿。而电阻r1的作用是为了在进入下一个测试周期前，将电感l1中的能量耗散掉。
67.但是图4所示的负载电路存在问题：1）高电压开启的应力的电压与直流电源输出的电压基本一致，若要测试更高电压的应力需要直流电源能够提供更高的电压，对直流电源的规格存在更严格的需求。2）当gan开关关闭时，电感电流会在电阻上产生压降，导致gan开关的漏极有较大的过冲电压，高过冲电压限制了高压应力的进一步提高。
68.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述负载电路为基于变压器实现的感性负载电路；所述负载电路用于通过调节次级线圈的负载使所述负载电路进入谐振状态，以向所述gan开关的漏极输出所述目标高压直流电信号，所述目标高压直流电信号的谐振波峰时刻与所述gan开关进行开关状态切换的时刻相同。
69.在具体实施例中，如图5所示，所述负载电路还可以采用变压器的方式进行实现。所述负载电路基于变压器实现，本实施例的负载电路架构属于反激式变换器架构。所述负载电路包括主级线圈和次级线圈。
70.主级线圈为一种rcd电路，包括并联连接的电阻r2和电容c1以及二极管d2，用于吸收漏极电感带来的谐振波。d2的阳极分别与互感线圈的同名端和所述gan开关的漏极连接，d2的阴极经由并联连接的r2和c1与所述直流电源的输出端连接。二极管d3为续流二极管，d3的阳极与所述互感线圈的同名端连接，d3的阴极与电容c2和负载r3的一端连接。
71.根据反激式变换器的工作原理可知，若次级线圈的负载正好能在gan开关关闭周期把次级电流耗尽，那么初级线圈同名端的电压将正好为直流电源输出电压的两倍，即gan开关的漏极电压为直流电源输出电压的两倍。
72.实际电路工作在临界状态时，由于直流电源输出电压会出现超过临界电压的情况，主级线圈的电流会随时间不断增大，负载电路将无法正常工作。
73.因此，本发明中通过将负载电阻r3进一步减小，令次级线圈的负载提前消耗完能量，让电路进入谐振状态。通过选取合适的电阻大小，可以令gan开关的时刻正好达到第一次谐振的波峰，此时gan开关漏极的电压相当于于2倍大小的直流电源电压。从而可以实现通过更小的直流输入电压，达到更高的高压开启应力。
74.如图6所示，图4负载电路为负载电路实例1，图5负载电路为负载电路实例2。本实施例在采用基于变压器的负载电路进行实现时，直流电源提供200v的直流电源电压，实例1中的电感和实例2中主级线圈的电感都选1mh，实例1中的电阻r1和实例2中的电阻r2都选择12.5欧姆。
75.根据图6中电感电流的检测结果显示，实例2中的漏极电压几乎等于2倍的直流电源电压。和实例2相比，实例1的电压应力要更低。但是，从电感电流可以看出，在设置相同的电感电阻的情况下，实例1的电感电流远大于实例2的电感电流，这说明实例1的测试功耗要远高于实例2的测试功耗。
76.所以，采用图5中的负载电路进行gan开关应力测试，能够对直流电源提供的高压直流电信号进行升压处理的同时，可以采用较低功耗的方式，为gan开关提供持续的高应力。
77.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述驱动信号单元包括第一数字开关和驱动调节电路；所述第一数字开关的输入端用于接入所述初始驱动信号，所述第一数字开关的输
出端与所述驱动调节电路的输入端电连接，所述第一数字开关向所述驱动调节电路输送所述初始驱动信号；所述驱动调节电路的输出端通过所述第一采样电阻与所述gan开关的栅极电连接；所述驱动调节电路用于对所述初始驱动信号进行限幅，以得到所述目标驱动信号。
78.在具体实施例中，如图3所示，所述驱动信号单元设置在驱动信号发生器和gan开关的栅极之间，所述驱动信号单元用于对驱动信号发生器发送的pwm驱动信号进行预设的电平转换处理和限幅处理，以得到能够控制gan开关在开关状态下来回切换的目标驱动信号。
79.具体的，所述驱动调节电路可以采用无源方式实现，也可以采用cmos推挽结构的芯片实现，具体驱动调节电路的结构可以根据实际应用场景进行替换。
80.在一种具体实施例中，所述驱动信号单元包括第一数字开关、电平转换电路和驱动调节电路，所述电平转换电路的具体实施过程可以参考上述实施例中的描述，此处不再赘述。
81.如图7所示，为一种采用无源方式实现的驱动调节电路，在本实施例中，d5为齐纳二极管，用于限制驱动电路输出电压大小。其中电容c3为加速电容，电容c3可以在驱动信号翻转的瞬间，通过旁路电阻r4让输出电压能够快速在二极管d4中建立，作为二极管d4的嵌位电压。
82.其中电阻r5与电阻r6串联共同对二极管d4进行限流，防止二极管d4电流过大烧毁。电阻r7为下拉电阻，若输入为高阻抗输入时，调节电阻r7的大小能够使输出有效接地，防止后级的gan开关出现错误开启的情况。
83.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述反馈监测单元包括放大电路、第一比较电路、第二比较电路和触发电路；所述放大电路的输入端并联连接在所述第一采样电阻的两端，所述放大电路的输出端与所述第一比较电路的输入端电连接；所述gan开关的源极与所述第二比较电路的输入端电连接，所述第一比较电路的输出端和所述第二比较电路的输出端均与所述触发电路的输入端电连接；所述第一比较电路的输入端和所述第二比较电路的输入端还用于接入预设的参考电压信号，所述第一比较电路用于比较所述第一电压信号和所述参考电压信号的电压大小，当所述第一电压信号大于所述参考电压信号时，向所述触发电路发送对应的判决信号；所述第二比较电路用于比较所述第二电压信号和所述参考电压信号的电压大小，当所述第二电压信号大于所述参考电压信号时，向所述触发电路发送对应的判决信号；所述触发电路的输出端分别与所述高压电源单元的控制端和所述驱动信号单元的控制端电连接。
84.在具体实施例中，如图3所示，所述放大电路包括仪表放大器，所述仪表放大器的两输入端并联连接在所述第一采样电阻的两端，所述仪表放大器用于采集所述第一采样电阻上的第一电压信号，并对所述第一信号进行放大处理。
85.仪表放大器是一种具有差分输入和相对参考端单端输出的闭环增益组件，具有差
分输入和相对参考端的单端输出。
86.所述仪表放大器对所述第一采样电阻转换的第一电压信号进行放大，并将放大后的第一电压信号输送至对应的比较器中。当所述仪表放大器输出的电压大于比较器的参考电压时，表示所述gan开关的栅漏电流和栅源电流超出了忍受范围，各级比较器输出对应的判决信号给后一级的d触发器。
87.同样的，当漏源电流的电流值超过预设数值时，对应的比较器接收的第二电压信号大于比较器的参考电压时，对应的比较器输出判决信号给后一级d触发器。
88.其中，比较器的参考电压均由图8所示的参考电压生成电路生成，所述参考电压生成电路用于产生共模电压和不同大小的参考电压，给所述仪表放大器提供输出共模电平，并且分别为不同的比较器提供对应数值的参考电压。
89.如图8所示，本实施例采用多级电阻对电源进行分压，以产生各比较器所需的参考电压。其中运算放大器接成单位增益放大器，其作用是为了给类似于仪表放大器这些对参考或共模有电流驱动能力要求的模块提供参考电压。
90.在具体实施例中，所述第一比较电路输出的判决信号是判断gan开关栅源电流和栅漏电流是否超过预设电流阈值的条件。所述第二比较电路输出的判决信号是判断gan开关漏源电流是否超过预设电流阈值的条件。
91.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述第一比较电路包括第一比较器和第二比较器，所述第二比较电路包括第三比较器，所述触发电路包括第一d触发器、第二d触发器、第三d触发器和预设逻辑门电路；所述第一比较器的输入端和所述第二比较器的输入端均与所述放大电路的输出端电连接；所述第三比较器的输入端与所述gan开关的源极电连接，所述第三比较器的输出端与所述第三d触发器的输入端电连接；所述第一d触发器、所述第二d触发器和所述第三d触发器的输出端均与所述预设逻辑门电路的输入端电连接；所述第一d触发器、所述第二d触发器和所述第三d触发器用于根据预设的时钟信号采集对应的比较器发送的判决信号，并向所述预设逻辑门电路发送所述判决信号。
92.在具体实施例中，d触发器对比较器输出的判决信号进行采样和存储，并且将各判决信号输送至对应的逻辑门电路，以产生对应的使能信号。
93.当gan开关的任意一种异常机制被触发后，使能信号将关闭所述第一数字开关和所述第二数字开关，让驱动信号和时钟信号不再进入到数字开关的后级。
94.同时，所述使能信号通过电平转换电路变为高压使能信号，将高压功率开关关闭，阻止所述初始高压直流电信号进入到gan开关中，进而保护gan开关进一步损毁。
95.具体的，所述第一比较器和所述第一d触发器对应的时钟信号沿由驱动信号的下降沿决定。所述第二比较器和所述第二d触发器对应的时钟信号沿由驱动信号的上升沿决定。
96.所述第一比较器和所述第二比较器输出的判决信号分别对应gan开关的栅漏电流和栅源电流的异常情况。所述第三比较器输出的判决信号对应gan开关漏源电流的异常情况。
97.所述第三比较器的时钟信号沿不与驱动信号的信号沿相关联。
98.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述gan开关应力测试系统还包括启动单元，所述启动单元包括第二数字开关、计数器电路和拨码开关；所述第二数字开关的输入端用于接入预设时钟信号，所述第二数字开关的输出端与所述计数器电路的驱动端电连接；所述计数器电路的控制端与所述拨码开关电连接，所述计数器电路的输出端与所述触发电路电连接；所述计数器电路用于在当前计数值与所述拨码开关中的参考值相等时，向所述触发电路发送触发信号，以使所述触发电路获取各比较电路的判决信号。
99.在具体实施例中，如图3所示，所述gan开关还包括为监测反馈电路中各级触发器提供触发信号的启动单元。
100.所述启动单元通过所述第二数字开关使时钟信号发生器产生的时钟信号输送至计数器电路中，所述计数器电路从对应的数值开始计数，直到所述计数器电路中各计数器的计数值与拨码开关中的预设数值相等时，向对应的触发器发送触发信号。
101.所述拨码开关中的预设数值的设置可以根据实际应用场景进行自适应替换，此处不作具体限定。
102.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述计数器电路包括第一计数器、第二计数器和第三计数器；所述第一计数器、所述第二计数器和所述第三计数器的控制端均与所述拨码开关电连接；所述第一计数器的输出端与所述第三d触发器的控制端电连接，所述第二计数器的输出端与所述第二d触发器的控制端电连接，所述第三计数器的输出端与所述第一d触发器的控制端电连接。
103.在具体实施例中，如图9所示，每一计数器的核心部分采用多级d触发器连接组成异步计数器结构。需知的，计数器还可以采用同步计数器等多种结构连接组成。
104.计数器核心部分的输出端与拨码开关的输出端，通过异或逻辑门和与非逻辑门产生给各d触发器的触发信号。当计数器核心部分的输出码字等于拨码开关的码字时，计数器输出触发信号。
105.根据本技术实施例的一种具体实施方式，所述启动单元还包括上升沿捕获电路和下降沿捕获电路；所述上升沿捕获电路的输入端和所述下降沿捕获电路的输入端均与所述驱动信号单元电连接；所述上升沿捕获电路的输出端与所述第二计数器的复位端电连接，所述下降沿捕获电路的输出端与所述第三计数器的复位端电连接。
106.在具体实施例中，由于gan开关存在栅漏寄生电容和栅源寄生电容，因此，当所述驱动调节电路输出的驱动信号发生翻转时，所述gan开关的栅极电流需要一定时间进行建立。
107.在驱动调节电路输出的驱动信号发生翻转后，gan开关的栅极电流的建立过程中，比较器会输出虚假的判决信号。本实施例通过控制d触发器主动对所述判决信号进行采样，
能够有效解决比较器输出虚假判决信号的问题。其中，采样时钟的采样沿由驱动上升沿或下降沿延迟固定时间产生。
108.采样时钟的产生原理如下：时钟发生器产生的时钟信号通过所述第二数字开关分别给到所述上升沿捕获电路、下降沿捕获电路和计数器电路进行使用。
109.以驱动信号上升沿采样时钟产生的原理为例，上升沿捕获电路通过检测所述驱动信号单元中的第一数字开关发送的逻辑电平信号，当所述逻辑电平信号出现上升沿且高电平保持一个时钟信号周期时，所述上升沿捕获电路将输出一个复位信号给到对应的计数器，以使计数器进行复位。
110.所述计数器在接收到所述复位信号后，开始从复位值开始计数，直到计数值达到拨码开关设定的预设值后向对应的d触发器输出触发信号。
111.当d触发器接收到触发信号的触发沿时，立即对比较器的输出进行采样。
112.所述下降沿捕获电路的实现过程和所述上升沿捕获电路的实现过程类似，具体实施过程可以参考上述上升沿捕获电路的具体实施过程，此处不作过多赘述。
113.如图10所示，给出了一种上升沿捕获电路的具体实施电路图。所述上升沿捕获电路由两级d触发器级联形成移位寄存器，当第一级d触发器输入端接收的驱动信号的上升沿来临，并且持续接收一个时钟周期的高电平信号后，第一级d触发器的输出端输出低电平信号，第二级d触发器的q输出端也输出低电平信号，这两个信号经过或非门后，最终输出一个时钟周期的高电平信号，表示捕获到驱动信号的上升沿。
114.在实际应用过程中，所述下降沿捕获电路和所述上升沿捕获电路的结构类似，所述上升沿捕获电路和所述下降沿捕获电路的实现方式也可以采用现有技术中的其它方式进行实现，此处不作赘述。
115.另外，本技术实施例还提供的一种电子设备，所述电子设备包括：gan开关和前述实施例中所述的gan开关应力测试系统。
116.综上所述，本技术实施例提供了一种gan开关应力测试系统，提供了一种全新的测试系统，该系统可以持续给gan开关提供高应力，从而实现gan开关在接近真实情况下的工作可靠性。本发明的应力测试系统，可以通过检测gan开关栅漏、栅源、漏源的电流，判断gan开关是否工作异常。如果发现工作异常能够及时对测试系统进行保护。本发明还提供一种负载电路的设计方法，采用谐振方式使gan开关工作在更强的高电压开启的应力下，通过该方法可以有效降低应力测试系统对直流电源的需求，并且可以降低测试功耗。另外，上述实施例中提到的电子设备的具体实施过程，可以参见上述方法实施例的具体实施过程，在此不再一一赘述。
117.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和结构图显示了根据本发明的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也
可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图和/或流程图中的每个方框、以及结构图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
118.另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。
119.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是智能手机、个人计算机、服务器、或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
120.以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。