在當(dāng)今快速發(fā)展的電力電子技術(shù)領(lǐng)域，功率半導(dǎo)體器件的性能優(yōu)化至關(guān)重要。雙脈沖測試（DPT）作為一種關(guān)鍵的測試方法，為功率器件的動(dòng)態(tài)行為評(píng)估提供了精準(zhǔn)的手段。本文將深入解析雙脈沖測試的原理、應(yīng)用及泰克科技在這一領(lǐng)域的先進(jìn)解決方案，并介紹泰克專家高遠(yuǎn)新書的相關(guān)內(nèi)容。

雙脈沖測試的目標(biāo)參數(shù)

在設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器時(shí)，理想狀態(tài)是功率損耗為零，但現(xiàn)實(shí)中開關(guān)損耗不可避免。傳統(tǒng)的硅基轉(zhuǎn)換器效率約為87%至90%，這意味著10%至13%的輸入功率以廢熱形式耗散，其中大部分損耗發(fā)生在MOSFET或IGBT等開關(guān)器件中。因此，精確測量這些器件的開關(guān)參數(shù)對(duì)于優(yōu)化設(shè)計(jì)、提升效率至關(guān)重要。

雙脈沖測試是測量MOSFET或IGBT開關(guān)參數(shù)的首選方法，被廣泛應(yīng)用于JEDEC和IEC標(biāo)準(zhǔn)中，如JEP182、JESD24-10、IEC 60747-9等。該測試方法能夠在受控的電壓、電流和溫度條件下，通過脈沖限制被測器件（DUT）的自發(fā)熱并保持穩(wěn)定的結(jié)溫，從而準(zhǔn)確測量開關(guān)參數(shù)。

雙脈沖測試的目標(biāo)是測量以下開關(guān)參數(shù)：

● 導(dǎo)通參數(shù)：包括導(dǎo)通延遲時(shí)間td_(on)、VDS下降時(shí)間tf、導(dǎo)通時(shí)間t_on、最大漏極電流ID、dv/dt、di/dt、導(dǎo)通能量E_on和動(dòng)態(tài)導(dǎo)通電阻RDS_(on)。

● 關(guān)斷參數(shù)：包括關(guān)斷延遲時(shí)間td_(off)、VDS上升時(shí)間tr、關(guān)斷時(shí)間t_off、最大漏源電壓VDSM、dv/dt、di/dt、關(guān)斷能量E_off和輸出電荷Q_oss。

● 反向恢復(fù)參數(shù)：包括反向恢復(fù)時(shí)間t_r、反向恢復(fù)電流Ir、反向恢復(fù)電荷Q_rr、反向恢復(fù)能量E_rr和正向?qū)妷篤SD。

雙脈沖測試的三階段

典型的雙脈沖測試電路如圖1所示，通過高側(cè)和低側(cè)FET的配置，實(shí)現(xiàn)對(duì)功率器件的精確測量。

測試分為三個(gè)重要階段：

1）建立目標(biāo)測試電流，調(diào)整第一個(gè)脈沖的寬度以通過負(fù)載電感提供所需的測試電流。

2）第一個(gè)脈沖的關(guān)斷及測量，此時(shí)Id已達(dá)到目標(biāo)測試電流，并在功率器件關(guān)斷時(shí)降至零。測量關(guān)斷延遲（td_(off)）、下降時(shí)間（tf）、關(guān)斷時(shí)間（t_off）、關(guān)斷能量（E_off）、dv/dt和di/dt。負(fù)載電流從負(fù)載電感流經(jīng)續(xù)流二極管。關(guān)斷時(shí)間保持較短以將負(fù)載電流維持在目標(biāo)Id。

3）第二個(gè)脈沖的導(dǎo)通及測量，在此階段進(jìn)行導(dǎo)通測量，目標(biāo)Id開始重新流入功率器件。導(dǎo)通期間的電流過沖是由于續(xù)流二極管反向恢復(fù)時(shí)的暫時(shí)過量電流。第二個(gè)脈沖寬度僅保持足夠長以確保穩(wěn)定測量，同時(shí)避免過熱。

圖1：用于測量低側(cè)FET開關(guān)損耗的雙脈沖測試電路；圖2：以MOSFET為DUT的電流流向；圖3：以IGBT為DUT的電流流向。

圖4：雙脈沖測試波形。頂部波形顯示施加到柵極或柵極驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)。底部信號(hào)是對(duì)應(yīng)的漏極電流（Ic）和漏源電壓（VDS）。測量在第1和第2階段以及第2和第3階段之間的過渡處進(jìn)行。

泰克科技的雙脈沖測試解決方案

泰克科技提供全面的儀器、探頭和軟件，以滿足雙脈沖測試的需求。典型的儀器配置包括：

● 信號(hào)源：提供柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通常使用任意/函數(shù)發(fā)生器（AFG），如AFG31000系列或內(nèi)置在示波器中的AFG。

● 直流電源：提供足夠的漏極電壓和電流，如EA–PSI 10000可編程電源或Keithley 2657A高壓源測量單元。

● 多通道數(shù)字示波器：用于采集和測量VDS、VGS和ID，如泰克5系列B MSO，4系列B MSO和6系列B MSO操作相同，只是規(guī)格不同。

● 示波器探頭：探頭選擇對(duì)獲得有效結(jié)果至關(guān)重要，泰克科技提供多種探頭以滿足不同測試需求。

● 雙脈沖測試應(yīng)用軟件：如4、5和6系列B MSO的雙脈沖測試軟件Opt. WBG-DPT，有助于進(jìn)行可重復(fù)的測量。

泰克科技的雙脈沖測試解決方案具有顯著優(yōu)勢(shì)。其自動(dòng)化測量功能相比手動(dòng)測試方法，能夠顯著提高測量效率和準(zhǔn)確性。此外，泰克科技還提供詳細(xì)的雙脈沖測試示例詳解，包括導(dǎo)通能量與關(guān)斷能量計(jì)算方法、反向恢復(fù)能量損耗計(jì)算公式等。

《SiC功率器件》新版深入探討雙脈沖測試

《SiC功率器件：特性、測試和應(yīng)用技術(shù)》第二版即將重磅發(fā)布，其作者高遠(yuǎn)先生作為泰克科技的資深行業(yè)專家，憑借多年在碳化硅器件測試與表征領(lǐng)域的深厚積累，為本書注入了極具價(jià)值的專業(yè)內(nèi)容。此次新書不僅對(duì)SiC功率器件的特性、測試和應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了全面而深入的剖析，更在第5章中由泰克科技詳細(xì)闡述了雙脈沖測試技術(shù)的關(guān)鍵要素，涵蓋基本原理、參數(shù)設(shè)定、測試平臺(tái)搭建、測量儀器及設(shè)備選型等多方面內(nèi)容。書中還深入探討了電壓測量點(diǎn)間寄生參數(shù)的影響，并針對(duì)不同測試場景提出了動(dòng)態(tài)特性測試結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)與雙脈沖測試設(shè)備的選型要點(diǎn)，極具實(shí)用價(jià)值。

隨著國產(chǎn)碳化硅產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，此次第二版的更新，無疑為工程師和科研工作者提供了與時(shí)俱進(jìn)的行業(yè)動(dòng)態(tài)與技術(shù)指引。此外，本書的英文版也將在7月與全球讀者見面，進(jìn)一步擴(kuò)大其在國際領(lǐng)域的影響力，助力全球碳化硅技術(shù)的交流與發(fā)展。

雙脈沖測試是功率半導(dǎo)體器件測試的關(guān)鍵技術(shù)，泰克科技憑借其先進(jìn)的儀器和軟件，為工程師提供了強(qiáng)大的測試支持。高遠(yuǎn)先生的新書《SiC功率器件：特性、測試和應(yīng)用技術(shù)》進(jìn)一步深化了對(duì)SiC器件測試技術(shù)的理解，為行業(yè)的發(fā)展提供了寶貴的參考。

關(guān)于泰克科技

泰克公司總部位于美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡便的測試、測量和監(jiān)測解決方案，解決各種問題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng)新能力。70多年來，泰克一直走在數(shù)字時(shí)代前沿。歡迎加入我們的創(chuàng)新之旅，敬請(qǐng)登錄：tek.com.cn。