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功率半導體Double Pulse Test方法
閱讀：253 發(fā)布時間：2024-8-12實施雙脈沖測試，不僅能精準測量功率設備的開關特性和損耗，而且能進一步優(yōu)化電力轉換過程。通過示波器上的WBG-DPT應用軟件，可以通過自動化測試流程，顯著提高測試效率和結果的可靠性。本篇將詳細介紹WBG-DPT的優(yōu)勢，如縮短測試時間、提高測量的重復性，以及按照JEDEC/IEC標準或自定義參數(shù)進行精準測量的能力。此外，還將展示如何使用WBG-DPT軟件進行高等級測量設置，如死區(qū)時間測量和反向恢復特性分析，這些功能對于提升半導體測試的效率和精度至關重要。
一、示波器上的雙脈沖測試軟件
WBG-DPT應用相較于手動測試提供了幾個重要優(yōu)勢：
1、縮短測試時間
2、即使在帶有振鈴的信號上也能實現(xiàn)可重復的測量
3、根據(jù)JEDEC/IEC標準或使用自定義參數(shù)進行測量
4、預設功能以便于示波器設置
5、在脈沖之間和注釋之間輕松導航
6、在結果表中總結測量結果
7、通過報告、會話文件和波形記錄結果
8、完整的編程接口實現(xiàn)自動化
9、使用可配置的限制和對失敗采取的行動進行合格 / 不合格測試
有關 WBG-DPT 應用的更多信息，請參閱數(shù)據(jù)表。
測量分為開關參數(shù)分析、開關定時分析和二極管恢復分析。
圖16. WBG-DPT應用中的開關定時分析測量。
二、WBG Deskew功能
脈沖的幅度設置為2.5伏。其脈沖的脈寬設置為10微秒，間隙設置為5微秒，第二個脈沖設置為5微秒。觸發(fā)設置為手動。
SMU儀器設置為向HV源輸入100伏。配置好門驅動信號和電源后，現(xiàn)在可以使用示波器上的WBG-DPT應用來配置和執(zhí)行雙脈沖測試。
圖17. WBG Deskew過程專門用于雙脈沖測試，并在信號被獲取后實現(xiàn)電流和電壓波形的對齊。
圖18：雙脈沖測試波形。
注意圖18中的波形與圖8中顯示的波形相似。再次提到，Ids上看到的電流超調是由于高側MOSFET/IGBT的自由輪二極管的反向恢復。這個尖峰是被使用設備的固有特性，并將導致?lián)p耗。
（一）測量開通和關斷時序及能量損失
為了計算開通和關斷參數(shù)，我們查看第 一個脈沖的下降沿和第二個脈沖的上升沿。
測量開通和關斷參數(shù)的行業(yè)標準如圖19所示。
圖19：開關時間標準波形 [5]。
（1）td(on)：VGS在其峰值的10%與Vds在其峰值的90%之間的時間間隔。
（2）Tr：VDS從90%降到10%的峰值之間的時間間隔。
（3）td(off)：VGS在其峰值的90%與Vds在其峰值的10%之間的時間間隔。
（4）Tf：VDS從10%升到90%的峰值之間的時間間隔。
圖20：示波器上的DPT軟件支持標準和自定義參考水平。滯回帶設置了參考水平的范圍，信號必須穿過該范圍才被識別為一個過渡。這有助于過濾掉偶發(fā)事件。
圖21展示了在示波器上捕獲的波形和開通參數(shù)的測量。在示波器上，啟動WBG-DPT應用。選擇功率設備類型為MOSFET。配置VDS 、ID和VGS源。
轉到開關定時分析組。添加Td(on)、Td(off)、Tr和Tf測量。配置Td(on)測量，點擊預設。這將示波器設置為單次采集。
開啟電源。
開啟AFG31000以產生輸出脈沖。
如圖21所示，結果波形被捕獲在示波器上。
然后使用以下方程計算過渡期間的能量損失：
通常，設計師會在示波器上使用積分功能來計算這一特定的能量損失。WBG-DPT應用在開關參數(shù)分析組下提供Eon測量。這個測量設置了積分并快速顯示結果。上述相同的方程可用于計算關斷過渡期間的能量損失：
DPT應用在開關參數(shù)分析菜單中包括一個自動Eoff測量。這執(zhí)行計算并直接提供能量損失結果。
注意：示波器捕獲的數(shù)據(jù)僅供參考。
圖21：開通參數(shù)波形
圖22展示了使用示波器光標獲得的關斷波形測量。
二、測量反向恢復
現(xiàn)在，需要測量MOSFET的反向恢復特性。
圖23
反向恢復電流發(fā)生在第二個脈沖的開通期間。如圖 23所示，在第二階段，二極管在正向條件下導通。當?shù)蛡萂OSFET 再次開通時，二極管應立即切換到反向阻斷狀態(tài)；然而，二極管會在一個短時間內以反向條件導通，這被稱為反向恢復電流。這種反向恢復電流轉化為能量損失，這直接影響了功率轉換器的效率。
現(xiàn)在測量高側MOSFET的參數(shù)。通過高側MOSFET測量Id，并在二極管上測量 Vsd。
圖23還展示了如何檢索反向恢復參數(shù)：
反向恢復參數(shù)：trr（反向恢復時間）、Irr（反向恢復電流）、Qrr（反向恢復電荷）、Err（反向恢復能量）、di/dt和Vsd（正向導通電壓）。
然后使用以下方程計算過渡期間的能量損失：
WBG-DPT支持在二極管反向恢復組下測量Trr 、Qrr和Err。波形和捕獲的結果顯示在圖24中。
多個Trr測量也可以在一個重疊的圖中顯示，顯示選定的脈沖、標注、切線和配置的值。
圖24：反向恢復波形。顯示器頂部的波形顯示了多個事件的重疊圖。切線（A-B）表示當前選中的測量事件。
三、測量死區(qū)時間
對于半橋配置中的開關設備，為了確保被測試設備（DUT）的完整性和人員的安全，一個開關在另一個開關開啟前必須關閉。如果兩個開關同時開啟，會發(fā)生“穿透"現(xiàn)象，這將導致失敗。然而，兩個開關關閉的時間過長會影響效率。因此，優(yōu)化死區(qū)時間是一個關鍵的設計目標。?t?t = 死區(qū)時間Vgs1 Vgs2g圖25。在半橋功率轉換器中，死區(qū)時間是一個開關設 備關閉和另一個FET開啟之間的延遲，如圖中的Δt所示。
圖25
死區(qū)時間（Tdt）是一個MOSFET關斷時間和另一個MOSFET開通時間之間的時間延遲，通過每個 MOSFET的門驅動信號測量。死區(qū)時間在圖25中顯示為Δt。
WBG-DPT應用包含一個自動化的死區(qū)時間測量，可以在“開關定時分析"選項卡下找到，如圖16所示。Tdt測量顯示在圖26的顯示屏右側中。死區(qū)時間是一個門電壓的配置下降沿級別和另一個門電壓的配置上升沿級別之間的時間間隔。默認的上升和下降沿級別為50%。測量注釋（虛線垂直線）標示了門驅動信號上的死區(qū)時間測量。
在某些情況下，必須在具有緩慢上升或下降時間的波形上進行死區(qū)時間測量。在這些情況下，可以在測量中配置自定義邊緣級別。自定義級別可以相對于波形的高低級別，或者是絕 對值。
圖26. 自動化死區(qū)時間測量。第6通道的門驅動信號（綠色）關閉低側MOSFET，然后高側MOSFET的門驅動信號（黃色）開啟高側MOSFET。
四、結語
雙脈沖測試是測量功率設備的開關參數(shù)和評估其動態(tài)行為的必選測試方法。使用這個應用的測試和設計工程師對了解功率設備的開關、定時和反向恢復行為表現(xiàn)出濃厚的興趣。此測試需要兩個具有不同脈寬的電壓脈沖，這是主要的用戶痛點，因為創(chuàng)建具有不同脈寬的脈沖的方法耗時較長。
在4/5/6系列MSO上的WBG-DPT雙脈沖應用能夠進行特定標準的測試，分析功率設備的行為，與手動測試相比節(jié)省時間。該應用包括一個預設功能，以幫助捕獲正確的波形，提供詳細的配置選項以超越標準測試，啟用信號調理功能以分析噪聲波形，提供導航和注釋功能，并提供詳細的文檔以實現(xiàn)可重復的測量。