专利名称：一种高压大电流放大器电路的制作方法
技术领域：
本实用新型属于特大功率半导体器件测试系统的高速高压大电 流放大器电路技术。
背景技术：
功率放大器是特大功率半导体测试系统的关键部件之一。目前国 内常用的半导体分立器件测试系统大都选用教科书上提供的的功率
放大线路，实现的放大器输出电流能力不足， 一般仅能提供低压40A 以下的瞬态功率电流，并且反应速度很慢，无法满足特大功率器件测 试的需要。 发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术的缺点，提供一种高压大电流 放大器电路，具有线路简洁、性能稳定、模块化、电流输出可无限制 扩展、用于大功率半导体器件测试精度高、速度快等特点。
实现本实用新型目的的技术方案是 一种高压大电流放大器电 路，包括高压功率放大器、电流放大器、电流放大阵列、功率电源单 元。其特征是电流放大阵列由任意多个电流放大宏单元组成，每个电 流放大宏单元由二个电流放大子单元和一个功率电源单元构成。在电 流放大阵列中，所有电流放大宏单元为并行连接，实现任意需要的电 流放大能力扩展，并保持具有与高压功率放大器一致的电压输出能 力；高压功率放大器、电流放大器由一个功率电源单元供电。高压功率放大器采用一种新型集成功率放大器，同时配备了高压
和过流保护电路；高压功率放大器接受来自电压信号发生器的电压信 号V1，同时受电压/电流采样反馈信号的作用，实现对DUT电参数测 试的精确驱动。
集成功率放大器可根据需要选择增益带宽和输出压摆率，满量程 脉冲上升时间可达到100nS内。
电流放大子单元由偏置电路、输入级、放大输出级构成，其中 CR1， R2， CR6作为稳压偏置电路，用于将高压大电流放大器功率管 设置在亚放大工作状态；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和 R3， R4构成初级放大电路；Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9构 成中间放大级；Q7-Q14和R10-R33构成输出放大级；CR15-CR18和 R34构成保护电路；Cl-C4用于调整该单元电路的交流特性，避免电 路振荡。
在本实用新型中，我们选用新的高速功率晶体管作为放大管，经 过自主创新，设计了并联式功率放大线路，并且将该线路作为单元固 化为功放单元模板，每块模板的电流驱动能力达到了 250A以上，而 反应时间小于5个微秒。如果需要，可以将多个功放单元模板同时插 入货架式结构总线插槽，以获得更大的功率驱动电流。本系统目前达 到的最大功放瞬态输出功率为100KW，最大瞬态输出电流为500A。
图1是高速高压大电流功率放大电路及功率器件通态参数测试原理 框图。图2是高压功率放大电路原理图。
图3是电流放大子单元线路原理图。
图4是电流放大子单元示意图。
图5是电流放大宏单元原理框图。
图6是阵列式大电流放大器原理框图。
图7是高速高压大电流功率放大电路原理框图。
具体实施方式
如图1所示， 一种高压大电流放大器电路，包括高压功率放大器、 电流放大器、电流放大阵列、功率电源单元，高压功率放大器和一级 电流放大器由一个功率电源供电，电流放大阵列中的各放大单元分别 由各自的功率电源供电。
如图6所示，电流放大阵列由任意多个电流放大宏单元组成，所 有电流放大宏单元并行连接，实现任意需要的电流放大能力扩展，并 保持具有与高压功率放大器一致的电压输出能力。每个电流放大宏单 元具有250A/50V的双向输出能力，在此基础上的多单元阵列可给出 250A/50V X N功率驱动信号源能力。
如图5所示，每个电流放大宏单元由二个电流放大子单元和一个 功率电源构成且每二个电流放大子单元由 一个功率电源供电。
如图4和图7所示，向高压功率放大器输入可编程电压信号以及 反馈电压和电流信号，高压功放输出的电压信号经过电流放大器进行 一级电流放大，再输出给电流放大阵列进行二级电流放大，通过电流 放大阵列输出得到需要的大电流电压驱动信号，用以实现大电流情况下的功率半导体器件测试。
如图3所示，电流放大子单元由偏置电路、输入级、放大输出级 构成，其中CR1， R2， CR6作为稳压偏置电路，用于将高压大电流放 大器功率管设置在亚放大工作状态；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和R3， R4构成初级放大电路;Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9构成中间放大级；Q7-Q14和R10-R33构成输出放大级；CR15-CR18 和R34构成保护电路；C1-C4用于调整该单元电路的交流特性，避免 电路振荡。各级晶体管分别采用新型高速器件，经优化补偿后满载脉 冲功率可达到125AX50V，满负荷脉冲上升时间不大于100nS。
如图1和图2所示，受系统嵌入式计算机控制，由高速精密D/A 发生分别向A极高压功率放大器和G极功率放大器输入可编程的电压 信号VI和V2，作为电压/电流源参考。A极电压或电流参考信号经过 高压功放、电流放大器、电流放大阵列进行电压/电流放大，加至DUT 的A极，并经过A-K极电压和电流采样反馈，使加至A-K极间的电压 或电流满足相应参数测试要求；同理，G极电压或电流参考信号经过 功率放大器、电流放大器进行电压电流放大，加至DUT的G极，并经 过G-K极电压和电流采样反馈，使加至G-K极间的电压或电流满足参 数测试要求。根据参数测试要求，A-K和G-K极采样的电压或电流信 号被作为计算机处理，最终得到对应的测试结果。由于重点说明大电 流功率放大器以及针对半导体通态电参数的测试，图1中不包含测试 断态参数需要的A极升压放大电路及其它测量电路。并且只重点说明 高压大电流放大器部分。本实用新型可以精确为多种新型大功率器件(通态功率达到50KW 以上)的通态直流电参数测试提供电流电压源，同时通过对被加信号 的精确控制和测量，以及对DUT器件状态的实时测量和输出波形分 析，可以实现对诸如IGBT、 MOSFET等大功率器件的大电流下导通时 间、截止时间、导通能量、关断能量等交流电参数的准确测量，结合 使用嵌入式计算机，高速存储示波器、高速信号分析算法，1000A通 态大电流情况下的时间参数测量分辨率达到2nS，测试精度10-15nS。
主要技术指标
电源电压±40—士80V
输出电压范围0 -- 士65V
输出电流范围0 — 士2500A
最大输出功率50KW
输出压摆率15V/uS
最小脉冲宽度10uS。
权利要求1、一种高压大电流放大器电路，包括高压功率放大器、电流放大器、电流放大阵列和功率电源单元，其特征是电流放大阵列由任意多个电流放大宏单元组成，每个电流放大宏单元由二个电流放大子单元和一个功率电源构成且每二个电流放大子单元由一个功率电源供电，所有电流放大宏单元并行连接，实现任意需要的电流放大能力扩展，并保持具有与高压功率放大器一致的电压输出能力；高压功率放大器、电流放大器由一个功率电源单元供电。
2、 如权利要求1所述的一种高压大电流放大器电路，其特征是高压 功率放大器采用集成功率放大器，同时配备了高压和过流保护电路； 高压功率放大器接受来自电压信号发生器的电压信号VI，同时受电 压/电流采样反馈信号的作用，实现对DUT电参数测试的精确驱动。
3、 如权利要求1所述的一种高压大电流放大器电路，其特征是电流 放大子单元由偏置电路、输入级、输出放大级构成，其中CR1， R2， CR6作为稳压偏置电路，用于将高压大电流放大器功率管设置在亚放 大工作状态；Rl， Ql， R5， Q2， CR2， CR3， CR4， CR5和R3， R4构成 初级放大电路；Q3， Q4， Q5， Q6，和R6， R7， R8， R9构成中间放大 级；Q7-Q14和R10-R33构成输出放大级；CR15-CR18和R34构成保护 电路；Cl-C4用于调整该单元电路的交流特性，避免电路振荡。
专利摘要本实用新型提供一种高压大电流放大器电路，包括高压功率放大器、电流放大器、电流放大阵列、功率电源单元，其特征是电流放大阵列由任意多个电流放大宏单元组成，每个电流放大宏单元由二个电流放大子单元和一个功率电源构成且每二个电流放大子单元由一个功率电源供电，所有电流放大宏单元并行连接，实现任意需要的电流放大能力扩展，并保持具有与高压功率放大器一致的电压输出能力；高压功率放大器、电流放大器由一个功率电源单元供电。本实用新型具有线路简洁、性能稳定、模块化、电流输出可无限制扩展、用于大功率半导体器件测试精度高、速度快等特点。
文档编号G01R31/26GK201327524SQ200820222528
公开日2009年10月14日 申请日期2008年11月20日 优先权日2008年11月20日
发明者杜忠勤 申请人:西安佰人科技有限公司