干货分享 庖丁解牛看功率器件双脉冲测试平台

双脉冲测试

（本文转载自公众号：功率器件显微镜，分享给大家交流学习）

双脉冲测试是表征功率半导体器件动态特性的重要手段，适用于各类功率器件，包括MOSFET、IGBT、Diode、SiC MOSFET、GaN HEMTs。同时，这项测试发生在器件研发、器件生产、系统应用等各个环节，测试结果有力地保证了器件的特性和质量、功率变换器的指标和安全，可以说是伴随了功率器件生命的关键时刻。

随着先进功率器件的问世以及功率变换器设计愈发精细，器件研发工程师和电源工程师都越来越关注双脉冲测试。

工欲善其事，必先利其器，拥有一套双脉冲测试平台是获得正确评估结果的第一步。本文将破解双脉冲平台搭建的难题，快来看看吧。

双脉冲测试平台架构

下图是双脉冲测试平台的架构，并不复杂，主要包括：测试板、高压电源、辅助电源、信号发生器、负载电感、示波器、电压探头、电流探头。

1 测试板

测试板是完成双脉冲测试的核心，一般为半桥电路，有时也会采用根据实际系统应用的拓扑。其上主要部件包括母线电容、驱动电路，母线电容为测试过程提供稳定的母线电压和所需的电流，驱动电路控制器件完成开关动作实现双脉冲过程。

测试板的优劣直接影响到评估结果的正确性。测试板需要首先需要确保在测量无误的情况下不出现异常波形，比如电压尖峰超过器件耐压值、无法解释的震荡、桥臂短路等，否侧这样的测试结果是没有价值的。对于服务于系统应用器件选型的测试需求，测试板可以直接选用变换器实际的电路板，这样的测试结果可以直接用于电路设计。随着器件的开关速度越来越快，对测试板的性能也提出了更高的要求，如回路电感、驱动电路等。

2 高压电源

高压电源在测试开始之前为测试板上的母线电容充电，起到设定测试电压的作用。母线电容容值一般较大，从几十uF到几mF不等，这就要求高压电源对容性负载的稳压能力要强。双脉冲测试中，测试电压一般不超过器件的耐压值，故可以根据被测器件的电压等级来确定高压电源的电压输出能力。同时，同一双脉冲测试平台往往会用于测试不同电压等级的器件，这就要求高压电源的输出电压精度需要满足测试要求。

此外，在双脉冲测试中，测试电流是由被充满电的母线电容提供的，高压电源在测试过程中并不提供能量。故高压电源可以选择功率较小的型号，一方面可以节约成本，一方面可以降低噪声。

高压电源可以选择泰克吉时利的2260B-800-2直流电源。

3 辅助电源

辅助电源的作用是为测试板上的驱动电路供电，所需电压一般在20V以内，所需功率一般在20W以内。同时，对于上下管都是开关管的测试板，可以选择双通道输出的辅助电源为上下管的驱动电压分别供电；对于三电平电路的双脉冲测试，可以选择三通道输出的辅助电源为每个器件的驱动电压分别供电。这样的好处是可以提高测试电路的可靠性，不会因为某一驱动电路故障而影响其他驱动电路。

辅助电源可以选择泰克吉时利的 2220 / 2230 / 2231系列直流电源。

4 信号发生器

信号发生器的功能是向测试板上的驱动电路发出双脉冲信号，完成双脉冲测试。由于测试所需的双脉冲信号频率不高，且其上升下降速度对测试的影响很小，故选择各厂商能提供的最基础的型号发生器即可。

不过需要注意的是，对双脉冲测试平台进行改造后还可以进行多脉冲测试、短路测试、雪崩测试、电源开环测试，此时往往所需的控制信号就不止一路了。所以在搭建双脉冲测试平台时可以选择双通道输出的信号发生器，以提高灵活度。

同时，在进行双脉冲测试时，需要不断根据测试条件调整双脉冲信号的脉宽和间隔，老式的信号发生器需要手动输入编辑波形或上位机编程来实现，十分不方便。针对这个问题，可以选择泰克科技的AFG31021（单通道）或AFG31022（双通道）信号发生器，其上搭载的双脉冲测试app可以快捷地实现双脉冲信号设置。

AFG31000系列任意波函数发生器


双脉冲测试app界面

5 示波器

示波器用于被测器件开关过程波形的采集，至少包含驱动波形、端电压波形和端电流波形，故可以选择4通道示波器。此外，又是需要同时对上下管器件进行测试，这时就可以选择8通道示波器，可以轻松搞定多路信号的采集。

在示波器选择时，还需要考虑其带宽、分辨率、噪声、采样率等。传统的器件开关速度慢，对示波器的要求不高。但随着越来越多先进功率器件的出现，其电压电流范围更广、开关速度更快，对用于双脉冲测试的示波器提出了更高的要求。

示波器可以选择泰克的MSO5B和MSO6B系列示波器的1GHz版本，能够满足高开关速度对带宽的要求，其具有12bit ADC可显著提高测量精度、降低测量噪声，特别对高压大电流器件效果最为显著。此外，MSO5B和MSO6B系列示波器提供4通道、6通道、8通道3种配置选择。

泰克MSO5B系列高分辨率多通道示波器


泰克MSO6B系列高分辨率低噪声示波器

6 电压探头

电压探头用于测量被测器件的驱动电压波形和端电压波形。

10倍无源探头：带宽高可达1GHz、衰减倍数小，使用无源探头能够获得精准的驱动电压波形。由于其属于无源探头，故仅能用于测量下管器件的驱动电压。同时还可用于200V以下器件端电压测量，能够获的最精准的端电压测量结果。在使用时同样需要注意接地线的影响和阻抗匹配问题，且只能用于下管测量。

 泰克10X无源探头

在使用10倍无源探头测量驱动电压时，需要注意接地线的影响和阻抗匹配，具体可以参考下面往期推荐。

测的离谱！SiC MOSFET驱动电压测试结果离谱的六大原因！

高压单端探头：最高测量范围高达2500V，最高带宽可达800MHz，能够获的最精准的端电压测量结果。在使用时同样需要注意接地线的影响和阻抗匹配问题，且只能用于下管测量。

泰克高压单端探头

高压差分探头：其为差分输入，故可以用于上管测试，但由于其CMRR不够高，其测量结果正确性和精度不足以用于精准的器件特性分析；属于有源探头，输入阻抗相比10倍无源探头更大，当被测器件发生损坏时，对示波器来讲更加安全；由于其衰减倍数较大，一般在50倍以上，导致其测量的驱动电压波形上噪声较大、精度较低；由于其端部接线长度较长，容易受到干扰，导致测量结果错误。

泰克高压差分探头

其最高测量范围高达6500V，差分输入，可用于上管器件测量。与测量驱动电压时原因相同，测试精度较无源探头差，带宽不够高。最高带宽达200MHz，无法满足高速器件，如SiC、GaN器件动态特性精准测试的要求。

光隔离探头：带宽高可达1GHz，最小衰减比仅1倍，1GHz下CMRR高达-90dB，使用光隔离探头能够获得最准确的驱动电压波形，是现阶段测量上管驱动电压波形的最佳工具。

泰克光隔离探头TIVP


破解SiC、GaN栅极动态测试难题的魔法棒

7 电流探头

罗氏线圈：测量范围从几十安到几千安无饱和问题，只能测量交流电流，无法测量直流电流，正好可以用于测量器件开关/反向恢复特性。罗氏线圈正好套入器件中测量电流，如分立器件的引脚、功率模块的端子、功率模块的键合线，这样的方式不会破坏主功率线路而对器件特性造成影响。但其最高带宽仅为30MHz，无法精准测量高速器件的电流。

泰克罗氏线圈

同轴电阻：最大带宽可达1GHz以上，特殊安装方式引入功率回路的寄生电感较小，测量精度高，能够获得精准的器件断电流，特别对SiC、GaN器件更是不二之选。

泰克与系统商一同完美实现搭建双脉冲平台系统——DPT1000A 功率器件动态参数测试系统，专门用于针对三代半导体功率器件的动态特性分析测试，解决客户在功率器件动态特性表征中常见的疑难问题。

该系统亮相在泰克第三代半导体测试开放实验室。该实验室是泰克第一个千万级半导体器件测试实验室，已经开放免费测试名额，将由测试专家提供现场技术指导，为您解决SiC和GaN器件在模块的静态及动态参数、在应用级别的准确测试与评价难题。

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