雙脈沖測試是表征功率半導(dǎo)體器件動(dòng)態(tài)特性的重要手段,，適用于各類功率器件，包括MOSFET,、IGBT,、Diode、SiC MOSFET,、GaN HEMTs,。同時(shí)，這項(xiàng)測試發(fā)生在器件研發(fā)、器件生產(chǎn),、系統(tǒng)應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié),，測試結(jié)果有力地保證了器件的特性和質(zhì)量、功率變換器的指標(biāo)和安全,，可以說是伴隨了功率器件生命的關(guān)鍵時(shí)刻,。
隨著先進(jìn)功率器件的問世以及功率變換器設(shè)計(jì)愈發(fā)精細(xì)，器件研發(fā)工程師和電源工程師都越來越關(guān)注雙脈沖測試,。
工欲善其事，必先利其器,，擁有一套雙脈沖測試平臺(tái)是獲得正確評(píng)估結(jié)果的一步,。本文將破解雙脈沖平臺(tái)搭建的難題，快來看看吧,。
雙脈沖測試平臺(tái)架構(gòu)
下圖是雙脈沖測試平臺(tái)的架構(gòu),，并不復(fù)雜，主要包括：測試板,、高壓電源,、輔助電源、信號(hào)發(fā)生器,、負(fù)載電感,、示波器、電壓探頭,、電流探頭,。
1、測試板
測試板是完成雙脈沖測試的核心,，一般為半橋電路,，有時(shí)也會(huì)采用根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用的拓?fù)洹Ｆ渖现饕考妇€電容,、驅(qū)動(dòng)電路,，母線電容為測試過程提供穩(wěn)定的母線電壓和所需的電流，驅(qū)動(dòng)電路控制器件完成開關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)雙脈沖過程,。
測試板的優(yōu)劣直接影響到評(píng)估結(jié)果的正確性,。測試板需要首先需要確保在測量無誤的情況下不出現(xiàn)異常波形，比如電壓尖峰超過器件耐壓值,、無法解釋的震蕩,、橋臂短路等，否側(cè)這樣的測試結(jié)果是沒有價(jià)值的,。對(duì)于服務(wù)于系統(tǒng)應(yīng)用器件選型的測試需求,，測試板可以直接選用變換器實(shí)際的電路板，這樣的測試結(jié)果可以直接用于電路設(shè)計(jì),。隨著器件的開關(guān)速度越來越快,，對(duì)測試板的性能也提出了更高的要求,，如回路電感、驅(qū)動(dòng)電路等,。
2,、高壓電源
高壓電源在測試開始之前為測試板上的母線電容充電，起到設(shè)定測試電壓的作用,。母線電容容值一般較大,，從幾十uF到幾mF不等，這就要求高壓電源對(duì)容性負(fù)載的穩(wěn)壓能力要強(qiáng),。雙脈沖測試中,，測試電壓一般不超過器件的耐壓值，故可以根據(jù)被測器件的電壓等級(jí)來確定高壓電源的電壓輸出能力,。同時(shí),，同一雙脈沖測試平臺(tái)往往會(huì)用于測試不同電壓等級(jí)的器件，這就要求高壓電源的輸出電壓精度需要滿足測試要求,。
此外在雙脈沖測試中,，測試電流是由被充滿電的母線電容提供的，高壓電源在測試過程中并不提供能量,。故高壓電源可以選擇功率較小的型號(hào),，一方面可以節(jié)約成本，一方面可以降低噪聲,。
高壓電源可以選擇泰克吉時(shí)利的2260B-800-2直流電源,。
3、輔助電源
輔助電源的作用是為測試板上的驅(qū)動(dòng)電路供電,，所需電壓一般在20V以內(nèi),，所需功率一般在20W以內(nèi)。同時(shí),，對(duì)于上下管都是開關(guān)管的測試板,，可以選擇雙通道輸出的輔助電源為上下管的驅(qū)動(dòng)電壓分別供電；對(duì)于三電平電路的雙脈沖測試,，可以選擇三通道輸出的輔助電源為每個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)電壓分別供電,。這樣的好處是可以提高測試電路的可靠性，不會(huì)因?yàn)槟骋或?qū)動(dòng)電路故障而影響其他驅(qū)動(dòng)電路,。
輔助電源可以選擇泰克吉時(shí)利的 2220 / 2230 / 2231系列直流電源,。
4、信號(hào)發(fā)生器
信號(hào)發(fā)生器的功能是向測試板上的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出雙脈沖信號(hào),，完成雙脈沖測試,。由于測試所需的雙脈沖信號(hào)頻率不高，且其上升下降速度對(duì)測試的影響很小，故選擇各廠商能提供的基礎(chǔ)的型號(hào)發(fā)生器即可,。
不過需要注意的是,，對(duì)雙脈沖測試平臺(tái)進(jìn)行改造后還可以進(jìn)行多脈沖測試、短路測試,、雪崩測試,、電源開環(huán)測試，此時(shí)往往所需的控制信號(hào)就不止一路了,。所以在搭建雙脈沖測試平臺(tái)時(shí)可以選擇雙通道輸出的信號(hào)發(fā)生器,，以提高靈活度。
同時(shí)在進(jìn)行雙脈沖測試時(shí),，需要不斷根據(jù)測試條件調(diào)整雙脈沖信號(hào)的脈寬和間隔,，老式的信號(hào)發(fā)生器需要手動(dòng)輸入編輯波形或上位機(jī)編程來實(shí)現(xiàn)，十分不方便,。針對(duì)這個(gè)問題，可以選擇泰克科技的AFG31021（單通道）或AFG31022（雙通道）信號(hào)發(fā)生器,，其上搭載的雙脈沖測試app可以快捷地實(shí)現(xiàn)雙脈沖信號(hào)設(shè)置,。
AFG31000系列任意波函數(shù)發(fā)生器
雙脈沖測試app界面
5、示波器
示波器用于被測器件開關(guān)過程波形的采集,，至少包含驅(qū)動(dòng)波形,、端電壓波形和端電流波形，故可以選擇4通道示波器,。此外又是需要同時(shí)對(duì)上下管器件進(jìn)行測試,，這時(shí)就可以選擇8通道示波器，可以輕松搞定多路信號(hào)的采集,。
在示波器選擇時(shí),，還需要考慮其帶寬、分辨率,、噪聲,、采樣率等。傳統(tǒng)的器件開關(guān)速度慢,，對(duì)示波器的要求不高,。但隨著越來越多先進(jìn)功率器件的出現(xiàn)，其電壓電流范圍更廣,、開關(guān)速度更快,，對(duì)用于雙脈沖測試的示波器提出了更高的要求。
示波器可以選擇泰克的MSO5B和MSO6B系列示波器的1GHz版本,，能夠滿足高開關(guān)速度對(duì)帶寬的要求,，其具有12bit ADC可顯著提高測量精度、降低測量噪聲，特別對(duì)高壓大電流器件效果為顯著,。此外,，MSO5B和MSO6B系列示波器提供4通道、6通道,、8通道3種配置選擇,。
泰克MSO5B系列高分辨率多通道示波器
泰克MSO6B系列高分辨率低噪聲示波器
6、電壓探頭
電壓探頭用于測量被測器件的驅(qū)動(dòng)電壓波形和端電壓波形,。
10倍無源探頭：帶寬高可達(dá)1GHz,、衰減倍數(shù)小，使用無源探頭能夠獲得精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)電壓波形,。由于其屬于無源探頭,，故僅能用于測量下管器件的驅(qū)動(dòng)電壓。同時(shí)還可用于200V以下器件端電壓測量,，能夠獲的精準(zhǔn)的端電壓測量結(jié)果,。在使用時(shí)同樣需要注意接地線的影響和阻抗匹配問題，且只能用于下管測量,。
泰克10X無源探頭
在使用10倍無源探頭測量驅(qū)動(dòng)電壓時(shí),，需要注意接地線的影響和阻抗匹配，具體可以參考下面往期推薦,。
測的離譜,！SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)電壓測試結(jié)果離譜的六大原因！
高壓單端探頭：高測量范圍高達(dá)2500V,，高帶寬可達(dá)800MHz,，能夠獲的精準(zhǔn)的端電壓測量結(jié)果。在使用時(shí)同樣需要注意接地線的影響和阻抗匹配問題,，且只能用于下管測量,。
泰克高壓單端探頭
高壓差分探頭：其為差分輸入，故可以用于上管測試,，但由于其CMRR不夠高,，其測量結(jié)果正確性和精度不足以用于精準(zhǔn)的器件特性分析；屬于有源探頭,，輸入阻抗相比10倍無源探頭更大,，當(dāng)被測器件發(fā)生損壞時(shí)，對(duì)示波器來講更加安全,；由于其衰減倍數(shù)較大，一般在50倍以上,，導(dǎo)致其測量的驅(qū)動(dòng)電壓波形上噪聲較大,、精度較低,；由于其端部接線長度較長，容易受到干擾,，導(dǎo)致測量結(jié)果錯(cuò)誤,。
泰克高壓差分探頭
其高測量范圍高達(dá)6500V，差分輸入,，可用于上管器件測量,。與測量驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)原因相同，測試精度較無源探頭差,，帶寬不夠高,。高帶寬達(dá)200MHz，無法滿足高速器件,，如SiC,、GaN器件動(dòng)態(tài)特性精準(zhǔn)測試的要求。
光隔離探頭：帶寬高可達(dá)1GHz,，小衰減比僅1倍,，1GHz下CMRR高達(dá)-90dB，使用光隔離探頭能夠獲得準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)電壓波形,，是現(xiàn)階段測量上管驅(qū)動(dòng)電壓波形的佳工具,。
泰克光隔離探頭TIVP
破解SiC、GaN柵極動(dòng)態(tài)測試難題的魔法棒
7,、電流探頭
羅氏線圈：測量范圍從幾十安到幾千安無飽和問題,，只能測量交流電流,，無法測量直流電流,，正好可以用于測量器件開關(guān)/反向恢復(fù)特性。羅氏線圈正好套入器件中測量電流,，如分立器件的引腳,、功率模塊的端子、功率模塊的鍵合線,，這樣的方式不會(huì)破壞主功率線路而對(duì)器件特性造成影響,。但其高帶寬僅為30MHz，無法精準(zhǔn)測量高速器件的電流,。
泰克羅氏線圈
同軸電阻：大帶寬可達(dá)1GHz以上,，特殊安裝方式引入功率回路的寄生電感較小，測量精度高,，能夠獲得精準(zhǔn)的器件斷電流,，特別對(duì)SiC、GaN器件更是好的選擇,。
泰克與系統(tǒng)商一同實(shí)現(xiàn)搭建雙脈沖平臺(tái)系統(tǒng)——DPT1000A 功率器件動(dòng)態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng),，專門用于針對(duì)三代半導(dǎo)體功率器件的動(dòng)態(tài)特性分析測試,，解決客戶在功率器件動(dòng)態(tài)特性表征中常見的疑難問題。
該系統(tǒng)亮相在泰克第三代半導(dǎo)體測試開放實(shí)驗(yàn)室,。該實(shí)驗(yàn)室是泰克 一個(gè)半導(dǎo)體器件測試實(shí)驗(yàn)室,，已經(jīng)開放免費(fèi)測試名額，將由測試專家提供現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo),，為您解決SiC和GaN器件在模塊的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù),、在應(yīng)用級(jí)別的準(zhǔn)確測試與評(píng)價(jià)難題。
如果你想評(píng)估第三代半導(dǎo)體器件性能,，如果你想驗(yàn)證所選功率器件是不是符合您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,，那就來預(yù)約泰克先進(jìn)半導(dǎo)體開放實(shí)驗(yàn)室吧！專家指導(dǎo),，精準(zhǔn)評(píng)估,，讓您使用無憂！
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