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雙脈沖測試平臺

（2025年1月15日更新）

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雙脈沖測試是表征功率半導(dǎo)體器件動態(tài)特性的重要手段，適用于包括MOSFET、IGBT、Diode、SiC MOSFET、GaN HEMTs。同時(shí)，該測試發(fā)生在設(shè)備研發(fā)、設(shè)備生產(chǎn)、系統(tǒng)應(yīng)用等環(huán)節(jié)。測試結(jié)果有效地保證了設(shè)備的特性和質(zhì)量、功率變換器的指標(biāo)和安全，可以說是功率設(shè)備生命的關(guān)鍵時(shí)刻。

隨著先進(jìn)功率器件的出現(xiàn)和功率變換器設(shè)計(jì)的日益完善，設(shè)備研發(fā)工程師和電源工程師越來越關(guān)注雙脈沖測試。

要想做好工作，首先要利用工具。擁有雙脈沖測試平臺是獲得正確評價(jià)結(jié)果的第一步。本文將解決構(gòu)建雙脈沖平臺的問題。來看看。

下圖是雙脈沖測試平臺架構(gòu)，主要包括：測試板、高壓電源、輔助電源、信號發(fā)生器、負(fù)載電感、示波器、電壓探頭、電流探頭。

測試板

測試板是完成雙脈沖測試的核心，通常是半橋電路，有時(shí)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)使用拓?fù)洹Ｖ饕考妇€電容器和驅(qū)動電路。母線電容器為測試過程提供穩(wěn)定的母線電壓和所需電流，驅(qū)動電路控制器完成開關(guān)動作，實(shí)現(xiàn)雙脈沖過程。

測試板的優(yōu)缺點(diǎn)直接影響評估結(jié)果的正確性。測試板首先需要確保測量正確時(shí)無異常波形，如電壓尖峰超過設(shè)備耐壓值、無法解釋的沖擊、橋臂短路等，測試結(jié)果無價(jià)值。對于服務(wù)于系統(tǒng)應(yīng)用設(shè)備選擇的測試要求，測試板可直接選擇變換器的實(shí)際電路板，可直接用于電路設(shè)計(jì)。隨著設(shè)備開關(guān)速度的加快，對測試板的性能提出了更高的要求，如電路電感、驅(qū)動電路等，您可以參考我們之前的文章雙脈沖測試板庫存——SiC MOSFET 必須進(jìn)行測試。

Infineon公司推出了1200V CoolSiCTM MOSFET包括主電路的評估平臺主電路驅(qū)動的分立器件評估板驅(qū)動模塊評估板、模塊驅(qū)動板，共4類評估板。

高壓電源

測試開始前，高壓電源給測試板上的母線電容充電，起到設(shè)定測試電壓的作用。母線電容值一般較大，從幾十個(gè)開始uF到幾mF這就要求高壓電源對容性負(fù)載具有較強(qiáng)的穩(wěn)壓能力。在雙脈沖試驗(yàn)中，試驗(yàn)電壓一般不超過設(shè)備的耐壓值，因此高壓電源的電壓輸出能力可根據(jù)被測設(shè)備的電壓等級確定。同時(shí)，同一雙脈沖測試平臺常用于測試不同電壓等級的設(shè)備，這就要求高壓電源的輸出電壓精度滿足測試要求。

此外，在雙脈沖試驗(yàn)中，試驗(yàn)電流由充滿電的母線電容器提供，高壓電源在試驗(yàn)過程中不提供能量。因此，高壓電源可以選擇功率較小的型號，一方面可以節(jié)省成本，另一方面可以降低噪音。

泰克吉時(shí)利2260高壓電源可選擇B-800-2直流電源。

輔助電源

輔助電源的作用是為測試板上的驅(qū)動電路供電，所需電壓一般為20V所需功率一般在20以內(nèi)W以內(nèi)。同時(shí)，對于上下管是開關(guān)管的試驗(yàn)板，可選擇雙通道輸出的輔助電源為上下管的驅(qū)動電壓；對于三電平電路的雙脈沖試驗(yàn)，可選擇三通道輸出的輔助電源為各設(shè)備的驅(qū)動電壓。其優(yōu)點(diǎn)是可以提高測試電路的可靠性，不會影響其他驅(qū)動電路，因?yàn)槟硞€(gè)驅(qū)動電路的故障。

泰克吉時(shí)利可以選擇輔助電源 2220 / 2230 / 2231系列直流電源。

信號發(fā)生器

信號發(fā)生器的功能是將雙脈沖信號發(fā)送到測試板上的驅(qū)動電路，以完成雙脈沖測試。由于測試所需的雙脈沖信號頻率不高，其上升和下降速度對測試的影響很小，因此可以選擇制造商可以提供的最基本的型號發(fā)生器。

但需要注意的是，雙脈沖測試平臺改造后，還可以進(jìn)行多脈沖測試、短路測試、雪崩測試和電源開環(huán)測試。此時(shí)，通常需要不止一個(gè)控制信號。因此，在構(gòu)建雙脈沖測試平臺時(shí)，可以選擇雙通道輸出的信號發(fā)生器，以提高靈活性。

同時(shí)，在進(jìn)行雙脈沖測試時(shí)，需要根據(jù)測試條件不斷調(diào)整雙脈沖信號的脈寬和間隔。舊的信號發(fā)生器需要手動輸入編輯波形或上位機(jī)編程，這非常不方便。為此，您可以選擇泰克技術(shù)AFG31021(單通道)或AFG31022(雙通道)信號發(fā)生器配備雙脈沖測試app雙脈沖信號設(shè)置可以快速實(shí)現(xiàn)。

AFG任意波函數(shù)發(fā)生器31000系列，雙脈沖測試app界面

示波器

示波器用于采集被測設(shè)備開關(guān)過程中的波形，至少包括驅(qū)動波形、端電壓波形和端電流波形，因此可選擇4通道示波器。此外，還需要同時(shí)測試上下管道設(shè)備，然后您可以選擇8通道示波器，可以很容易地完成多個(gè)信號的采集。

在選擇示波器時(shí)，還需要考慮其帶寬、分辨率、噪聲、采樣率等。傳統(tǒng)的設(shè)備開關(guān)速度較慢，對示波器的要求較低。然而，隨著越來越多的先進(jìn)功率設(shè)備的出現(xiàn)，其電壓和電流范圍更廣，開關(guān)速度更快，對雙脈沖測試的示波器提出了更高的要求。

泰克示波器可以選擇MSO5B和MSO6B1系列示波器GHz該版本能滿足高開關(guān)速度對帶寬的要求，具有12bit ADC可顯著提高測量精度，降低測量噪聲，特別是對高壓大電流裝置。MSO5B和MSO6B該系列示波器提供三種配置選擇：4通道、6通道和8通道。

泰克MSO5B泰克MSO6B高分辨率低噪聲示波系列Actel代理器

電壓探頭

用于測量被測裝置的驅(qū)動電壓波形和端電壓波形。

10倍無源探頭：帶寬高可達(dá)1GHz、使用無源探頭可以獲得精確的驅(qū)動電壓波形。僅用于測量下管器件的驅(qū)動電壓，因?yàn)樗鼘儆跓o源探頭。也可用于200V最準(zhǔn)確的端電壓測量結(jié)果是測量以下設(shè)備的端電壓。還需要注意接地線的影響和阻抗匹配，只能用于下管測量。使用10倍無源探頭測量驅(qū)動電壓時(shí)，應(yīng)注意接地線的影響和阻抗匹配。

泰克10X無源探頭

高壓單端探頭：最高測量范圍高達(dá)2500V，最高帶寬可達(dá)800MHz，最準(zhǔn)確的端電壓測量結(jié)果。還需要注意接地線的影響和阻抗匹配，只能用于下管測量。

泰克高壓單端探頭

高壓差分探頭：它是差分輸入，因此可用于上管測試，但由于它CMRR測量結(jié)果的正確性和精度不足以用于精確的設(shè)備特性分析；輸入阻抗大于10倍，當(dāng)被測設(shè)備損壞時(shí)，對示波器更安全；衰減倍數(shù)大，一般超過50倍，導(dǎo)致驅(qū)動電壓波形噪聲大，精度低，端部接線長度長，容易干擾，導(dǎo)致測量結(jié)果錯誤。

泰克高壓差分探頭

光隔離探頭：帶寬高可達(dá)1GHz，最小衰減比只有1倍，1倍GHz下CMRR高達(dá)-90dB，光隔離探頭是目前測量上管驅(qū)動電壓波形的最佳工具。

泰克光隔離探頭TIVP

電流探頭

羅氏線圈：測量范圍從幾十A到幾千安沒有飽和問題，只能測量交流電流，不能測量直流電流，可用于測量設(shè)備開關(guān)/反向恢復(fù)特性。羅氏線圈只是插入設(shè)備來測量電流，如分立設(shè)備的引腳、功率模塊的端子和功率模塊的鍵合線，不會破壞主功率線，影響設(shè)備的特性。但最高帶寬只有30MHz，高速器件的電流無法準(zhǔn)確測量。

泰克和系統(tǒng)制造商完美實(shí)現(xiàn)了雙脈沖平臺系統(tǒng)的建設(shè)——DPT1000A 功率器件動態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)專門用于分析和測試三代半導(dǎo)體功率器件的動態(tài)特性，以解決電源器件動態(tài)特性表征中常見的難題。

該系統(tǒng)出現(xiàn)在泰克第三代半導(dǎo)體測試開放實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室是泰克第一個(gè)1000萬級半導(dǎo)體設(shè)備測試實(shí)驗(yàn)室。測試專家將為您提供現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)和解決方案SiC和GaN模塊中設(shè)備的靜態(tài)和動態(tài)參數(shù)，應(yīng)用級別的準(zhǔn)確測試和評價(jià)。

如果您想評估第三代半導(dǎo)體設(shè)備的性能，如果您想驗(yàn)證所選功率設(shè)備是否符合您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求，請預(yù)約泰克先進(jìn)半導(dǎo)體開放實(shí)驗(yàn)室！專家指導(dǎo)，準(zhǔn)確評估，讓您無憂無慮地使用！