芯耀
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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(cè)試（DPT）作為一種關(guān)鍵的測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試是測(cè)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(cè)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(cè)器件（DUT）的自發(fā)熱并保持穩(wěn)定的結(jié)溫，從而準(zhǔn)確測(cè)量開關(guān)參數(shù)。
雙脈沖測(cè)試的目標(biāo)是測(cè)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ton、最大漏極電流ID、dv/dt、di/dt、導(dǎo)通能量Eon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toff、最大漏源電壓VDSM、dv/dt、di/dt、關(guān)斷能量Eoff和輸出電荷Qoss。
- 反向恢復(fù)參數(shù)：包括反向恢復(fù)時(shí)間tr、反向恢復(fù)電流Ir、反向恢復(fù)電荷Qrr、反向恢復(fù)能量Err和正向?qū)妷篤SD。
雙脈沖測(cè)試的三階段
典型的雙脈沖測(cè)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(cè)量。
測(cè)試分為三個(gè)重要階段：
1) 建立目標(biāo)測(cè)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(cè)試電流。
2) 第一個(gè)脈沖的關(guān)斷及測(cè)量，此時(shí) Id已達(dá)到目標(biāo)測(cè)試電流，并在功率器件關(guān)斷時(shí)降至零。測(cè)量關(guān)斷延遲(td(off))、下降時(shí)間( tf )、關(guān)斷時(shí)間( toff)、關(guān)斷能量(Eoff)、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(cè)量，在此階段進(jìn)行導(dǎo)通測(cè)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(zhǎng)以確保穩(wěn)定測(cè)量，同時(shí)避免過熱。
圖1：用于測(cè)量低側(cè)FET開關(guān)損耗的雙脈沖測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量單元。
- 多通道數(shù)字示波器：用于采集和測(cè)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(cè)試需求。
- 雙脈沖測(cè)試應(yīng)用軟件：如4、5和6系列B MSO的雙脈沖測(cè)試軟件Opt. WBG-DPT，有助于進(jìn)行可重復(fù)的測(cè)量。
泰克科技的雙脈沖測(cè)試解決方案具有顯著優(yōu)勢(shì)。其自動(dòng)化測(cè)量功能相比手動(dòng)測(cè)試方法，能夠顯著提高測(cè)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(cè)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(cè)試
《SiC功率器件：特性、測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)試技術(shù)的關(guān)鍵要素，涵蓋基本原理、參數(shù)設(shè)定、測(cè)試平臺(tái)搭建、測(cè)量?jī)x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(cè)量點(diǎn)間寄生參數(shù)的影響，并針對(duì)不同測(cè)試場(chǎng)景提出了動(dòng)態(tài)特性測(cè)試結(jié)果的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)與雙脈沖測(cè)試設(shè)備的選型要點(diǎn)，極具實(shí)用價(jià)值。
隨著國(guó)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(guó)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(cè)試是功率半導(dǎo)體器件測(cè)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(cè)試支持。高遠(yuǎn)先生的新書《SiC功率器件：特性、測(cè)試和應(yīng)用技術(shù)》進(jìn)一步深化了對(duì)SiC器件測(cè)試技術(shù)的理解，為行業(yè)的發(fā)展提供了寶貴的參考。
