雙脈沖測試(Double Pulse Test)是分析功率開關器件動態特性的常用測試,通過雙脈沖測試可以便捷的評估功率器件的性能,獲得穩態和動態過程中的主要參數,更好的評估器件性能,優化驅動設計等等。
雖然功率半導體器件的手冊上會有參數標注,但這些參數都是在標準測試條件下得到的。使用IGBT或者MOSFET做逆變器的工程師如果不加以測試,而直接在標定的工況下跑看能否達到設計的功率,無法全面了解器件性能,進而影響產品長期可靠性。又或者設計裕量過大帶來成本增加,使得產品的市場競爭力下降。
如果能在設計研發階段,精準地了解器件的開關性能,將對整個產品的優化帶來極大的好處。比如能在不同的電壓、電流和溫度下獲得開關損耗,給系統仿真提供可靠的數據;又比如可以通過觀察波形振蕩情況來選擇合適的門極電阻。作為功率半導體測試領域的供應商,我們為雙脈沖測試提供多種先進電源產品。
一、雙脈沖測試平臺
功率開關器件雙脈沖測試設備:
1、高壓電源
2、電容組
3、負載電感
4、示波器
5、高壓差分電壓探頭(1000:1)
6、電流探頭
7、可編程信號發生器或高精密源測量單元/源表/SMU
二、雙脈沖測試流程:
1、步驟一:
(1)在t0時刻,被測IGBT的門極接收到第 一個脈沖,被測IGBT導通,母線電壓U加在負載電感L上,電感上的電流線性上升,I=U*t/L;
(2)IGBT關斷前的t1時刻,電感電流的數值由U和L決定;在U和L都確定時,電流的數值由IGBT開啟的脈寬T1決定,開啟時間越長,電流越大;
(3)執行點:通過改變脈沖寬度的大小,自主設定電流的數值。
2、步驟二:
(1)t1到t2之間,IGBT關斷,此時負載的電流L的電流由上管二極管續流,該電流緩慢衰減;
(2)t1到t2之間,IGBT關斷,此時負載的電流L的電流由上管二極管續流,該電流緩慢衰減;
(3)關注點:在該時刻,重點是觀察IGBT的關斷過程,電壓尖峰是重要的監控對象。
3、步驟三
(1)在t2時刻,被測IGBT 再次導通,續流二極管進入反向恢復狀態,反向恢復電流會穿過IGBT,此時電流探頭所測得的Ic為FRD反向電流與電感電流疊加,產生電流尖峰;
(2)重點觀察:IGBT的開通過程,電流峰值是重要的監控對象,同時應注意觀察柵極波形是否存在震蕩現象。
4、步驟四
(1)在t3時刻,被測IGBT再次關斷,與之前關斷相同,因為母線雜散電感Ls的存在,會產生一定的電壓尖峰;
(2)重點觀察:關斷之后電壓和電流是否存在不合適的震蕩。
三、通過雙脈沖測試我們可以得到什么?
1、獲取ICRM(MAX峰值電流)IRBSOA(MAX關斷電流)
2、測量主電路雜散電感:Us=Ls*di/dt
3、評估續流二極管的風險
四、雙脈沖測試中的電流源
隨著功率半導體技術的發展,IGBT、MOSFET、BJT等半導體器件向小型化、集成化、大功率方向發展。為了避免大功率測試過程中溫升對測試造成影響、甚至燒壞器件。在法規和行業測試中,通常會給被測器件施加滿足功率條件下的瞬時電流脈沖,進行半導體器件相關參數測試。
五、電容儲能式脈沖電流源
脈沖恒流源以儲能電容放電的方式發生電流脈沖。從功能實現角度分析,脈沖電源的工作電路由以下兩個基本回路組成;
電容充電電路:直流源通過限流電阻R給超等電容充電;
脈沖放電電流:超等電容C通過開關管對負載RL放電;
脈沖電流幅值:電容C充電壓控制和電阻RL決定;
脈沖寬度:開關時間t決定;
六、電容充電:
根據超等電容的特性,充電電源應具備寬范圍輸出能力,可實現如下功能:
1、電壓高速建立并維持穩定;
2、電流高速上升、無明顯過沖.
七、充電電源典型案例:
某客戶IGBT測試系統進行16F電容充電測試:
*實測曲線*
客戶期望在超等電容充電過程中電壓建立速度快,過沖小。使用IT6000C系列高性能直流電源產品,利用CC/CV優先權功能有優質的表現,幫助用戶提高測試效率。