基于IGBT低频噪声检测的低噪声偏置电路的制作方法

本发明涉及电子电路设计领域，具体涉及一种基于igbt低频噪声测量的低噪声偏置电路

背景技术：

igbt(绝缘栅双极型晶体管)复合了功率场效应管的高速开关性和电力晶体管的大电流优点，现已成为电力电子装置的“cpu”，广泛应用在轨道交通、智能电网、航空航天和电动汽车等领域。因此，igbt器件的可靠性研究成为极其重要的技术。

低频噪声是一种十分敏感的igbt器件可靠性表征方法，该方法利用偏置电路激发igbt器件内部的低频噪声，例如1/f、g-r噪声等采集低频噪声信息，并对低频噪声时域及频域特性进行研究，因而评判igbt器件性能的优劣。在低频噪声表征方法中，作为低频噪声激发源的偏置电路具有非常重要的作用。

因为igbt器件内部的低频噪声非常微弱，一般在nv级.为了提高低频噪声测量的精度，应尽可能降低外围电路及外部环境噪声干扰，如偏置电路噪声、放大器噪声和50hz工频干扰。其中，偏置电路作为噪声采集系统的前端，其噪声为整个系统噪声本底的主要来源。50hz工频噪声对低频噪声也存在一定的影响，为减小其影响，要求将偏置电路置于屏蔽盒中。噪声表征时，须对igbt器件电流、电压信号进行采集，用于后续的研究。igbt器件的电流、电压信号须通过接入低噪声偏置电路中采集。

由于低频噪声表征尚处于研究阶段，目前还没有针对不同型号和同一型号不同偏置点igbt低频噪声偏置电路研究。现有的偏置器的噪声本底大于igbt器件的低噪声本底，容易淹没器件的噪声信号，无法用于低频噪声表征方法。

技术实现要素：

本发明为解决现有用于低频噪声检测的偏置器存在噪声大，容易淹没器件的噪声信号，无法用于低频噪声表征方法的问题，本发明提供一种基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路。

基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路，包括精密电源电路、一级抑噪电路、稳压电路和二级抑噪电路；

所述精密电源电路包括电容c1、电容c2、电容c3、稳压二极管u1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和三极管q1；

所述一级抑噪电路包括滤波电容c4、滤波电容c5、耦合电解电容c6、电容c7、电阻r5、电阻r6、集电极电阻r7、发射极偏置电阻r8和栅极偏置电阻r9；

稳压电路包括背对背连接的稳压二极管d1和稳压二极管d2；

二级抑噪电路包括稳压二极管d3、稳压二极管d4和稳压二极管d5；

所述电容c1、电容c2和电容c3并联连接后，一端接地，另一端分别与电阻r2的一端以及三极管q1的集电极连接，所述电阻r2的另一端分别与三极管q1的基极和稳压二极管u1的阴极连接，所述三极管q1的发射极分别与电阻r3的一端以及一级抑噪电路中的滤波电容c4和滤波电容c5连接，所述电阻r3的另一端分别与电阻r4的一端和稳压二极管u1的参考端连接，所述稳压二极管u1的阳极、电阻r4的另一端接地；

所述滤波电容c4和滤波电容c5并联连接后一端接地，另一端分别与电阻r5的一端、电阻r6的一端以及集电极电阻r7的一端连接，所述电阻r5的另一端分别与栅极偏置电阻r9的一端，稳压电路中稳压二极管d1的阴极以及待测igbtq2的基极连接；

所述集电极电阻r7的另一端分别与待测三极管q2的集电极以及二级抑噪电路中的稳压二极管d3的阴极连接，栅极偏置电阻r9的另一端与耦合电解电容c6的一端连接，电阻r6的另一端、耦合电解电容c6的另一端接地；

稳压二极管d2的阴极端接地；待测三极管q2的发射极分别与发射极偏置电阻r8的一端、电容c7的一端连接，电阻r8的另一端和电容c7的另一端接地；所述二极管d3的阴极端与二极管d4的阳极端连接，二极管d4的阴极端与二极管d5的阳极端连接，二极管d5的阴极端接地。

本发明的有益效果：本发明所述的偏置电路包括精密电源电路、二级抑噪电路和稳压电路；所述的精密电源电路由三端可编程并联稳压二极管，通过外部固定电阻和可变电阻编程，输出稳定、低噪声的电压和电流。

所述的二级抑噪电路一级由输入端滤波电容、旁路电容和电源滤波电容构成，可抑制由电源电路提供给igbt栅极电压的噪声；第二级为igbt集电极并联的串联接地的二极管，可进一步抑制噪声。所述的稳压电路由两个背靠背稳压二极管构成，可以保证igbt栅极电压稳定且小于最大栅极电压以确保器件的开启及关闭状态，同时保护igbt器件。

本发明所述的偏置电路不仅能测量不同型号的igbt器件低频噪声，而且可测量同一型号igbt器件在不同偏置点下的低频噪声。

附图说明

图1为本发明所述的基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路的结构示意图；

图2为本发明所述的基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路中的精密电源电路的电路图；

图3为本发明所述的基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路中一级抑躁电路、二级抑噪电路及稳压电路的电路图。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1至图3说明本实施方式，基于igbt低频噪声检测的低噪声偏置电路，所述偏置电路由精密电源电路、一级抑噪电路、稳压电路和二级抑噪电路；所述偏置电路置于镍金屏蔽盒内。其中，稳压电路中的稳压二极管和分别与igbt栅极、集电极和发射极相连的偏置电阻共同为igbt器件提供稳定的偏置电压，并能对igbt器件起到保护作用。

所述精密电源电路包括电容c1、电容c2、电容c3、稳压二极管u1、电阻r2、电阻r3、电阻r4和三极管q1；

所述一级抑噪电路包括滤波电容c4、滤波电容c5、耦合电解电容c6、电容c7、电阻r5、电阻r6、集电极电阻r7、发射极偏置电阻r8和栅极偏置电阻r9；

稳压电路包括背对背连接的稳压二极管d1和稳压二极管d2；

所述二级抑噪电路包括稳压二极管d3、稳压二极管d4和稳压二极管d5；所述电容c1、电容c2和电容c3并联连接后，一端接地，另一端分别与电阻r2的一端以及三极管q1的集电极连接，所述电阻r2的另一端分别与三极管q1的基极和稳压二极管u1的阴极连接，所述三极管q1的发射极分别与电阻r3的一端以及一级抑噪电路中的滤波电容c4和滤波电容c5连接，所述电阻r3的另一端分别与电阻r4的一端和稳压二极管u1的参考端连接，所述稳压二极管u1的阳极、电阻r4的另一端接地；

所述滤波电容c4和滤波电容c5并联连接后一端接地，另一端分别与电阻r5的一端、电阻r6的一端以及集电极电阻r7的一端连接，所述电阻r5的另一端分别与栅极偏置电阻r9的一端，稳压电路中稳压二极管d1的阴极以及待测igbtq2的基极连接；

所述集电极电阻r7的另一端分别与待测三极管q2的集电极以及二级抑噪电路中的稳压二极管d3的阴极连接，栅极偏置电阻r9的另一端与耦合电解电容c6的一端连接，电阻r6的另一端、耦合电解电容c6的另一端接地；

稳压二极管d2的阴极端接地；待测三极管q2的发射极分别与发射极偏置电阻r8的一端、电容c7的一端连接，电阻r8的另一端和电容c7的另一端接地；

所述二极管d3的阴极端与二极管d4的阳极端连接，二极管d4的阴极端与二极管d5的阳极端连接，二极管d5的阴极端接地。

结合图2说明本实施方式，所述精密电源电路的输入端口设置有发光二极管led1和电阻r1串联，当电路接通后，发光二极管被点亮。电容c1、电容c2和电容c3并联，可以滤除电源的低频和高频干扰；为了进一步减少电源对低频噪声测量的影响，该电路由三端可编程并联稳压二极管u1，通过电阻r3、电阻r4并联对其编程，通过调节r3的阻值，可输出高达36v的电压，具有极低的输出噪声电压。

但是其输出电流最大只有100ma,所以直接耦合npn型三极管q1进行电流放大，此处，r2分别连接q1的基极与集电极，作为q1的偏置电阻；u1连接q1基极，q1发射极与r3连接，这样的连接方式使q1处于放大状态，可使u1的输出电流能力达到1.5a。

结合图3说明本实施方式，其中，一级抑噪电路用于抑制由精密电源电路输出的电压噪声；二级抑噪电路在输出端，即igbtq2集电极并联串联接地的二极管，考虑到硅二极管导通压降约为0.7v，二极管的个数应不大于精密电源电路输出电压除以0.7的整数个。电阻r5、电阻r6为串联分压电阻，集电极电阻r7、发射极偏置电阻r8和栅极偏置电阻r9分别为igbt栅极、集电极和发射极偏置电阻。

通过改变电阻r3和电阻r5的阻值，可以对不同型号igbt器件和同一型号igbt器件的不同偏置点提供偏置电压，以达到对其低频噪声的测量。稳压部分由两个背靠背串联接入的稳压二极管d1、d2组成，可为igbt提供稳定的偏置电压及保护。

整个偏置电路置于镍金屏蔽盒中，避免外界电磁波等环境因素对测量的影响。可以防止外部环境(尤其是50hz工频)干扰。