一种高频功率循环电路及控制方法与流程

本发明涉及半导体领域，特别是涉及一种高频功率循环电路及控制方法。

背景技术：

1、在半导体领域中，功率循环测试是通过外部负载电流通和关断来模拟器件实际应用的结温波动过程，并通过一定程度的加速老化(前提是器件失效机理不能变)以提前暴露器件封装的薄弱点。一直被工业界和学术界认为是考核功率器件封装可靠性最重要的可靠性测试，也是进行器件寿命模型建立和寿命评估的根本。

2、功率试验方法主要有功率循环(pc)与功率测试(ptc)等。功率循环试验是通过给器件施加电应力和热应力,对器件键合点、芯片焊层、基板焊层等封装结构蠕变热疲劳特性的考核。功率循环类型分为长周期功率循环和短周期功率循环，器件典型失效、在短周期功率循环退化表现为键合点脱落、焊层分层或脱落比例过大、栅极失效、母排焊点脱落；长周期表现为焊层分层或脱落比例过大、封装结构退化等。

3、现有技术中，专利202310031865.3，提出一种分钟级的功率循环装置，该装置将待测样品进行分钟级的开关动作，但现如今商用的功率器件开关动作都在纳秒级，该种方法难以真实模拟器件实际工作状态，无法模拟实际工作状态下的功率循环，进而无法通过该功率循环实验考核产品键合点脱落、栅极时效等问题，且这种电路是耗能电路，不节能。

4、现有技术中，专利201911060577.0，提出一种纳秒级别开关的功率循环电路，但该电路中的待测样品只能在固定的工作状态下工作，且该电路控制方法无法让待测的功率器件在较高频率下工作，进而无法让器件在设定工况下状态下高频率的功率循环。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种高频功率循环电路及控制方法，解决现有技术问题，能进行软开关和硬开关切换，高效、稳定、可靠，且低耗节能，满足生产需要。

2、为实现上述技术目的，本发明提供一种高频功率循环电路，其包括：四个功率器件开关，电感和储能电容，在所述四个功率器件开关中：第一开关管和第四开关管组成第一组开关桥，第二开关管和第三开关管组成第二组开关桥，所述第一开关管的源极和所述第三开关管的漏极相连，所述第二开关管的源极和所述第四开关管的漏极相连，所述第一开关管的源极与所述电感串联后与所述第四开关管的漏极相连，所述第二开关管的源极与所述电感串联后与所述第三开关管的漏极相连。

3、本发明提供一种高频功率循环电路，可通过驱动电路和驱动信号的时序来控制四个功率器件开关来实现器件的软开关硬开关，以此来实现不同状态下的功率循环。

4、作为进一步的改进，所述储能电容储存能量后作为电源并联在所述第一开关管漏极与所述第三开关管源极的两端。

5、作为进一步的改进，通过驱动信号的时序来控制所述四个功率器件开关来实现器件的软开关状态或硬开关状态，并以此来实现所述软开关状态或所述硬开关状态下的功率循环。

6、作为进一步的改进，设置左桥臂开关管的占空比等于右桥臂开关管占空比，以实现所述软开关状态，设置所述左桥臂的占空比大于所述右桥臂的占空比，以实现所述硬开关状态。

7、相应的，本发明还提供一种高频功率循环电路的控制方法，首先，提供根据本发明所公开的一种高频功率循环电路；其后，通过驱动信号的时序来控制所述高频功率循环电路中的所述四功率器件开关，以获得和实现器件的软开关状态或硬开关状态，并以此来实现所述软开关状态的功率循环和所述硬开关状态下的功率循环。

8、作为进一步的改进，在驱动信号的时序前，判断是否系统需要进入软开关、硬开关同时存在的功率循环，然后再根据选择进行相应所述驱动信号的时序的步骤。

9、作为进一步的改进，如果所述判断为是，则执行如下步骤：s1：控制所述第一开关管、所述第四开关管导通，为所述电感充电；s2：关闭所述第一开关管、所述第四开关管，所述第二开关管的体二极管、所述第三开关管的体二极管、所述电感组成回路，所述电感电流下降至零，打开所述第二开关管、所述第三开关管；s3：所述第二开关管、所述第三开关管硬开通后关闭所述第二开关管、所述第三开关管，所述电感、所述第一开关管的体二极管、所述第四开关管的体二极管组成回路，电流下降后打开所述第一开关管、所述第四开关管，如此循环。

10、作为进一步的改进，设置所述高频功率循环电路进入全桥软开关状态，所述第一开关管和所述第四开关管同时导通，所述电感储能，正电流上升；在t1时刻，所述第一开关管和所述第四开关管关断，电路中的电流经过所述第三开关管的体二极管、所述电感和所述第二开关管的体二极管进行续流，此时电流开始下降，下降到t2时刻后所述第二开关管、所述第三开关管同时开通，该工况下电流上升前电压已经下降，所述第二开关管、所述第三开关管为软开通；从t2开始，电流开始负增长，负增长到t3时刻，电流达到负电流的最大值；t3时刻，所述第二开关管、所述第三开关管同时关断，此时所述高频功率循环电路完成一个循环周期，所述高频功率循环电路开始在给定条件下进行周而复始的功率循环。

11、作为进一步的改进，所述设置所述高频功率循环电路进入全桥软开关状态为：设置左桥臂开关管的占空比等于右桥臂开关管占空比，且左右桥臂占空比为25％，脉冲周期为20us。

12、作为进一步的改进，在所述第一开关管和所述第四开关管同时导通时，所述正电流从零开始上升。

13、作为进一步的改进，如果所述判断为否，则执行如下步骤：s1：控制所述第一开关管、所述第四开关管导通，为所述电感充电；s2：到达预设电流后，关闭所述第一开关管、所述第四开关管，所述第二开关管的体二极管、所述第三开关管的体二极管、所述电感组成回路，所述电感电流下降后所述第二开关管、所述第三开关管打开；s3：所述第二开关管、所述第三开关管软开通后关闭所述第二开关管、所述第三开关管，电流通过第一开关管、所述电感、所述第四开关管下降至零前打开所述第一开关管、所述第四开关管，如此循环。

14、作为进一步的改进，设置所述高频功率循环电路进入硬开关功率循环模式，所述第一开关管和所述第四开关管同时导通，所述电感储能，正电流上升；在t1时刻，电流上升至最大值，所述第一开关管和所述第四开关管关断，电路中的电流经过所述第三开关管的体二极管、所述电感和所述第二开关管的体二极管进行续流，此时电流开始下降；t2时刻电流下降至零后同时打开所述第二开关管、所述第三开关管，此时所述第二开关管、所述第三开关管电压电流同时上升，所述第二开关管、所述第三开关管硬开通；t3时刻电流上升至反向最大值，所述第二开关管、所述第三开关管同时关闭，所述第一开关管的体二极管、所述第四开关管的体二极管、所述电感组成回路，电流减小；t4时刻同时打开所述第一开关管、所述第四开关管，所述第一开关管、所述第四开关管在电流上升前电压已下降，所述第一开关管、所述第四开关管进入软开通，如此循环，直至结束。

15、作为进一步的改进，所述设置所述高频功率循环电路进入硬开关功率循环模式为：设置左桥臂的占空比为25％，右桥臂的占空比为20％，左右桥臂的延迟为4us，脉冲周期为20us。

16、作为进一步的改进，在所述第一开关管和所述第四开关管同时导通时，所述正电流自正数开始上升。

17、作为进一步的改进，所述四功率器件开关使用金属氧化物半导体场效应晶体管或者绝缘栅双极性晶体管作为开关实现功率循环，以考察开关管的工作特性并进而评价该待测器件的特性。

18、本发明可以模拟待测器件正常开关下的功率循环，器件工作在高频条件下，可以同时进行软开关、硬开关功率循环；可以同时进行四个功率器件的功率循环。同时作为一种节能电路，与之前的恒功率测试电路不同，该控制方法使待测器件在高频率下工作，节省了能量在工作过程中的损耗并让待测器件在功率循环过程中更为接近实际应用的工作状态。