 功率半导体器件的动态测试中，双脉冲测试是一个典型的测试需求，本文将从双脉冲测试原理、过程、主要测试内容等方面为大家说清双脉冲测试。双脉冲测试原理 功率半导体器件具有几十种参数来表征其特性，通过参数可以帮助工程师更好地完成产品的设计。功率半导体器件参数综合而言可以分为三大类： 器件最值，包括器件极限工作点相关的参数，如击穿电压、热阻抗、最大耗散功率、最大漏极电流和安全工作区等； 静态参数，包括器件的工作点的电压电流关系，如传递特性、阈值电压、输出特性、导通电阻、二极管导通特性、第三象限导通特性等； 动态特性，包括器件的开关过程、反向恢复过程、栅电荷、结电容等。 三类测试中，以动态特性测试最为复杂，而双脉冲测试主要就是针对器件动态特性进行的。如图1是典型的半桥电路，是一个典型的双脉冲测试电路，电路由被测器件QL、陪测二极管VDH、负载电感L、驱动电压源VBus，脉冲控制信号源VDRV组成。测试过程中通过脉冲控制源VDRV输出脉冲，控制QL进行开断，得到器件在指定电压、电流下的开关特性。  图1 双脉冲测试电路 双脉冲测试信号如图2所示，在t0时刻启动驱动电压源VBus，t0-t2时段为被测器件QL关断信号，t2-t3为导通时段，t3-t4为关断时段，t4-t5为导通时段。t5之后彻底关断器件，并将驱动电压源VBus下电，测试结果。为了更好地理解整个测试过程，我们进一步分解每个过程的电路变化。  图2 双脉冲信号在t0-t2时刻，电路状态如图3所示，电路驱动电压源VBus启动，输出器件QL所需的指定电压Vset,此时由于器件QL还处于短路状态，因此VDS逐渐上升至Vset,回路之中没有电流产生。  图3 t0-t2状态电路 在t2-t3时刻，电路状态如图4所示，由于已经器件QL导通，回路有效，回路中产生电流IL和IDS，由于存在电感L，电流无法突变，因此IL和IDS会逐渐升高至器件QL所需的指定电流Iset，此时VDS为零。  图4 t2-t3状态电路 在t3-t4时刻，电路状态如图5所示，此时器件QL关断，QL回路无效，电流IDS为零，但由于电感电流无法突变，电流IL依旧存在，并通过陪测二极管VDH形成电流IF，此时VDS与Vset电压相等。  图5 t3-t4状态电路 在t4-t5时刻，电路状态如图6所示，此时器件QL再次导通，由于t3-t4时段中电感回路产生的电流IL持续有效，因此在此时间段内，IDS的值将会进一步升高，超出器件QL指定电流Iset，此时VDS再次为零。  图6 t4-t5状态电路 我们将各参数在各时间段的变化绘制在一个坐标图中，如图7所示。整个过程中器件QL经过了两次导通和关断，形成两个脉冲，因此得名双脉冲测试。在双脉冲过程中，t2时刻为导通时刻，t3时刻为关断时刻，记录这个两个时刻过程的VGS、VDS电压、IDS电流波形，就可以对器件开关特性进行分析和评估了。此外t4时刻不仅是器件再次导通时刻，还是陪测二极管VDH反向恢复过程，此时记录电压、电流波形可以分析出器件反向恢复相关特性。  图7 双脉冲测试过程时序 双脉冲测试的项目内容 双脉冲测试主要实现的是功率半导体的动态特性测试，动态特性主要包括开关特性、反向恢复、结电容、栅电荷等几部分，其具体包括的测试项目如表1所示。 表1 双脉冲测试项目内容  双脉冲测试所需硬件组成 如图8所示是双脉冲测试平台结构图，包括测试板、直流电源、辅助电源、信号发生器、示波器、电压探头、电流探头等硬件组成。  图8 双脉冲测试平台结构图 测试板：包括主功率电路、驱动电路、去耦电容、母线电容、对外接口，一般由测试人员自行设计，确保实现所需测试无误，测试板需要根据被测产品不同而进行调整。 直流电源：在双脉冲测试中，为母线电容充电，起到提供母线电压的作用，对其基本要求是其输出电压能够满足测试要求，特别需要考虑电压等级，输出电流能力等。 辅助电源：辅助电源一般用于为驱动电路供电，一般以台式直流源为主。 信号发生器：在双脉冲测试过程中需向驱动电路发生双脉冲信号指令，可以由测试者使用MCU开发板完成，或者选择单独的信号发生器产品亦可。 示波器：双脉冲测试中最重要的设备就是示波器，示波器的选择要充分考虑被测设备的上升时间、频率响应时间，因此对示波器的带宽有一定要求。随着目前功率器件开关频率的上升，示波器的带宽一般要求不小于500MHz。其次为准确测量双脉冲过程中的电压、电流数据，对示波器本身的测量精度、底噪要求会比较高，最好采用高位数ADC的示波器产品。 ZUS系列是致远仪器推出的采用12bit高速ADC，实现最高1GHz测量带宽，并配备了电源分析、智能硬件时序分析、汽车总线分析、以太网眼图、X-Key等功能的高精度示波器，非常使用用于双脉冲测试。  图9 ZUS系列高精度示波器 电压探头：由于功率器件在开关瞬间往往会有较高的电压，因此电压采集一般采用高压差分探头，在双脉冲测试中需要选择带宽足够高、共模抑制比足够大的差分探头，更好的选择是使用光隔离探头。 致远仪器推出的ZOP5035系列光隔离探头，具有超高共模抑制比，最大差分电压测量可达2500V，具备500MHz带宽，非常适合用于双脉冲测试。  图10 ZOP5035光隔离探头 电流探头：双脉冲测试中需要测试电流信号，需要匹配电流探头，与差分探头一样需要考虑电流探头的带宽、量程范围。 致远仪器推出的ZCP系列电流探头，具有量程宽，带宽高，兼容性好等特点。  图11 ZCP系列电流探头 时间偏移校准夹具：因为示波器采用了差分探头和电流探头，而且双脉冲测试中电压、电流频率较高，探头在测试高频信号时会产生一定的延迟。在测试中需要校准探头延时，以消除延时影响。因此需要配套时间偏移夹具进行校准。致远仪器提供的ZDF1000校准夹具支持LARGE LOOP/SMALL LOOP工作模式，可以输出12KHz方波信号用于探头校准。  图12 ZDF1000校准夹具 随着行业测试需求的提升，致远仪器将立足行业需求，不断推出新的测试方案，为行业发展提供助力。 |
