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庖丁解??垂β势骷p脈沖測(cè)試平臺(tái)

發(fā)布時(shí)間:2022-10-31 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】雙脈沖測(cè)試是表征功率半導(dǎo)體器件動(dòng)態(tài)特性的重要手段,適用于各類功率器件,包括MOSFET、IGBT、Diode、SiC MOSFET、GaN HEMTs。同時(shí),這項(xiàng)測(cè)試發(fā)生在器件研發(fā)、器件生產(chǎn)、系統(tǒng)應(yīng)用等各個(gè)環(huán)節(jié),測(cè)試結(jié)果有力地保證了器件的特性和質(zhì)量、功率變換器的指標(biāo)和安全,可以說(shuō)是伴隨了功率器件生命的關(guān)鍵時(shí)刻。


隨著先進(jìn)功率器件的問(wèn)世以及功率變換器設(shè)計(jì)愈發(fā)精細(xì),器件研發(fā)工程師和電源工程師都越來(lái)越關(guān)注雙脈沖測(cè)試。


工欲善其事,必先利其器,擁有一套雙脈沖測(cè)試平臺(tái)是獲得正確評(píng)估結(jié)果的第一步。本文將破解雙脈沖平臺(tái)搭建的難題,快來(lái)看看吧。


下圖是雙脈沖測(cè)試平臺(tái)架構(gòu),并不復(fù)雜,主要包括:測(cè)試板、高壓電源、輔助電源、信號(hào)發(fā)生器、負(fù)載電感、示波器、電壓探頭、電流探頭。


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測(cè)試板


測(cè)試板是完成雙脈沖測(cè)試的核心,一般為半橋電路,有時(shí)也會(huì)采用根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)應(yīng)用的拓?fù)?。其上主要部件包括母線電容、驅(qū)動(dòng)電路,母線電容為測(cè)試過(guò)程提供穩(wěn)定的母線電壓和所需的電流,驅(qū)動(dòng)電路控制器件完成開(kāi)關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)雙脈沖過(guò)程。


測(cè)試板的優(yōu)劣直接影響到評(píng)估結(jié)果的正確性。測(cè)試板需要首先需要確保在測(cè)量無(wú)誤的情況下不出現(xiàn)異常波形,比如電壓尖峰超過(guò)器件耐壓值、無(wú)法解釋的震蕩、橋臂短路等,否側(cè)這樣的測(cè)試結(jié)果是沒(méi)有價(jià)值的。對(duì)于服務(wù)于系統(tǒng)應(yīng)用器件選型的測(cè)試需求,測(cè)試板可以直接選用變換器實(shí)際的電路板,這樣的測(cè)試結(jié)果可以直接用于電路設(shè)計(jì)。隨著器件的開(kāi)關(guān)速度越來(lái)越快,對(duì)測(cè)試板的性能也提出了更高的要求,如回路電感、驅(qū)動(dòng)電路等,對(duì)此大家可以參考我們之前的文章“雙脈沖測(cè)試板盤(pán)點(diǎn)——SiC MOSFET 測(cè)試必備”。


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Infineon公司推出了1200V CoolSiCTM MOSFET評(píng)估平臺(tái)、含主電路+驅(qū)動(dòng)的分立器件評(píng)估板、含主電路+驅(qū)動(dòng)的模塊評(píng)估板、模塊驅(qū)動(dòng)板,共4類評(píng)估板。


高壓電源


高壓電源在測(cè)試開(kāi)始之前為測(cè)試板上的母線電容充電,起到設(shè)定測(cè)試電壓的作用。母線電容容值一般較大,從幾十uF到幾mF不等,這就要求高壓電源對(duì)容性負(fù)載的穩(wěn)壓能力要強(qiáng)。雙脈沖測(cè)試中,測(cè)試電壓一般不超過(guò)器件的耐壓值,故可以根據(jù)被測(cè)器件的電壓等級(jí)來(lái)確定高壓電源的電壓輸出能力。同時(shí),同一雙脈沖測(cè)試平臺(tái)往往會(huì)用于測(cè)試不同電壓等級(jí)的器件,這就要求高壓電源的輸出電壓精度需要滿足測(cè)試要求。


此外,在雙脈沖測(cè)試中,測(cè)試電流是由被充滿電的母線電容提供的,高壓電源在測(cè)試過(guò)程中并不提供能量。故高壓電源可以選擇功率較小的型號(hào),一方面可以節(jié)約成本,一方面可以降低噪聲。


高壓電源可以選擇泰克吉時(shí)利的2260B-800-2直流電源。


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輔助電源


輔助電源的作用是為測(cè)試板上的驅(qū)動(dòng)電路供電,所需電壓一般在20V以內(nèi),所需功率一般在20W以內(nèi)。同時(shí),對(duì)于上下管都是開(kāi)關(guān)管的測(cè)試板,可以選擇雙通道輸出的輔助電源為上下管的驅(qū)動(dòng)電壓分別供電;對(duì)于三電平電路的雙脈沖測(cè)試,可以選擇三通道輸出的輔助電源為每個(gè)器件的驅(qū)動(dòng)電壓分別供電。這樣的好處是可以提高測(cè)試電路的可靠性,不會(huì)因?yàn)槟骋或?qū)動(dòng)電路故障而影響其他驅(qū)動(dòng)電路。


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


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信號(hào)發(fā)生器


信號(hào)發(fā)生器的功能是向測(cè)試板上的驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出雙脈沖信號(hào),完成雙脈沖測(cè)試。由于測(cè)試所需的雙脈沖信號(hào)頻率不高,且其上升下降速度對(duì)測(cè)試的影響很小,故選擇各廠商能提供的最基礎(chǔ)的型號(hào)發(fā)生器即可。


不過(guò)需要注意的是,對(duì)雙脈沖測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行改造后還可以進(jìn)行多脈沖測(cè)試、短路測(cè)試、雪崩測(cè)試、電源開(kāi)環(huán)測(cè)試,此時(shí)往往所需的控制信號(hào)就不止一路了。所以在搭建雙脈沖測(cè)試平臺(tái)時(shí)可以選擇雙通道輸出的信號(hào)發(fā)生器,以提高靈活度。


同時(shí),在進(jìn)行雙脈沖測(cè)試時(shí),需要不斷根據(jù)測(cè)試條件調(diào)整雙脈沖信號(hào)的脈寬和間隔,老式的信號(hào)發(fā)生器需要手動(dòng)輸入編輯波形或上位機(jī)編程來(lái)實(shí)現(xiàn),十分不方便。針對(duì)這個(gè)問(wèn)題,可以選擇泰克科技的AFG31021(單通道)或AFG31022(雙通道)信號(hào)發(fā)生器,其上搭載的雙脈沖測(cè)試app可以快捷地實(shí)現(xiàn)雙脈沖信號(hào)設(shè)置。


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AFG31000系列任意波函數(shù)發(fā)生器,雙脈沖測(cè)試app界面


示波器


示波器用于被測(cè)器件開(kāi)關(guān)過(guò)程波形的采集,至少包含驅(qū)動(dòng)波形、端電壓波形和端電流波形,故可以選擇4通道示波器。此外,又是需要同時(shí)對(duì)上下管器件進(jìn)行測(cè)試,這時(shí)就可以選擇8通道示波器,可以輕松搞定多路信號(hào)的采集。


在示波器選擇時(shí),還需要考慮其帶寬、分辨率、噪聲、采樣率等。傳統(tǒng)的器件開(kāi)關(guān)速度慢,對(duì)示波器的要求不高。但隨著越來(lái)越多先進(jìn)功率器件的出現(xiàn),其電壓電流范圍更廣、開(kāi)關(guān)速度更快,對(duì)用于雙脈沖測(cè)試的示波器提出了更高的要求。


示波器可以選擇泰克的MSO5B和MSO6B系列示波器的1GHz版本,能夠滿足高開(kāi)關(guān)速度對(duì)帶寬的要求,其具有12bit ADC可顯著提高測(cè)量精度、降低測(cè)量噪聲,特別對(duì)高壓大電流器件效果最為顯著。此外,MSO5B和MSO6B系列示波器提供4通道、6通道、8通道3種配置選擇。


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泰克MSO5B系列高分辨率多通道示波器,泰克MSO6B系列高分辨率低噪聲示波器


電壓探頭


電壓探頭用于測(cè)量被測(cè)器件的驅(qū)動(dòng)電壓波形和端電壓波形。


10倍無(wú)源探頭:帶寬高可達(dá)1GHz、衰減倍數(shù)小,使用無(wú)源探頭能夠獲得精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)電壓波形。由于其屬于無(wú)源探頭,故僅能用于測(cè)量下管器件的驅(qū)動(dòng)電壓。同時(shí)還可用于200V以下器件端電壓測(cè)量,能夠獲的最精準(zhǔn)的端電壓測(cè)量結(jié)果。在使用時(shí)同樣需要注意接地線的影響和阻抗匹配問(wèn)題,且只能用于下管測(cè)量。在使用10倍無(wú)源探頭測(cè)量驅(qū)動(dòng)電壓時(shí),需要注意接地線的影響和阻抗匹配。


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泰克10X無(wú)源探頭


高壓?jiǎn)味颂筋^:最高測(cè)量范圍高達(dá)2500V,最高帶寬可達(dá)800MHz,能夠獲的最精準(zhǔn)的端電壓測(cè)量結(jié)果。在使用時(shí)同樣需要注意接地線的影響和阻抗匹配問(wèn)題,且只能用于下管測(cè)量。


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泰克高壓?jiǎn)味颂筋^


高壓差分探頭:其為差分輸入,故可以用于上管測(cè)試,但由于其CMRR不夠高,其測(cè)量結(jié)果正確性和精度不足以用于精準(zhǔn)的器件特性分析;屬于有源探頭,輸入阻抗相比10倍無(wú)源探頭更大,當(dāng)被測(cè)器件發(fā)生損壞時(shí),對(duì)示波器來(lái)講更加安全;由于其衰減倍數(shù)較大,一般在50倍以上,導(dǎo)致其測(cè)量的驅(qū)動(dòng)電壓波形上噪聲較大、精度較低;由于其端部接線長(zhǎng)度較長(zhǎng),容易受到干擾,導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果錯(cuò)誤。


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泰克高壓差分探頭


光隔離探頭:帶寬高可達(dá)1GHz,最小衰減比僅1倍,1GHz下CMRR高達(dá)-90dB,使用光隔離探頭能夠獲得最準(zhǔn)確的驅(qū)動(dòng)電壓波形,是現(xiàn)階段測(cè)量上管驅(qū)動(dòng)電壓波形的最佳工具。


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泰克光隔離探頭TIVP


電流探頭


羅氏線圈:測(cè)量范圍從幾十A到幾千安無(wú)飽和問(wèn)題,只能測(cè)量交流電流,無(wú)法測(cè)量直流電流,正好可以用于測(cè)量器件開(kāi)關(guān)/反向恢復(fù)特性。羅氏線圈正好套入器件中測(cè)量電流,如分立器件的引腳、功率模塊的端子、功率模塊的鍵合線,這樣的方式不會(huì)破壞主功率線路而對(duì)器件特性造成影響。但其最高帶寬僅為30MHz,無(wú)法精準(zhǔn)測(cè)量高速器件的電流。


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泰克羅氏線圈


同軸電阻:最大帶寬可達(dá)1GHz以上,特殊安裝方式引入功率回路的寄生電感較小,測(cè)量精度高,能夠獲得精準(zhǔn)的器件斷電流,特別對(duì)SiC、GaN器件更是不二之選。


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泰克與系統(tǒng)商一同完美實(shí)現(xiàn)搭建雙脈沖平臺(tái)系統(tǒng)——DPT1000A 功率器件動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試系統(tǒng),專門用于針對(duì)三代半導(dǎo)體功率器件的動(dòng)態(tài)特性分析測(cè)試,解決客戶在功率器件動(dòng)態(tài)特性表征中常見(jiàn)的疑難問(wèn)題。


該系統(tǒng)亮相在泰克第三代半導(dǎo)體測(cè)試開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室。該實(shí)驗(yàn)室是泰克第一個(gè)千萬(wàn)級(jí)半導(dǎo)體器件測(cè)試實(shí)驗(yàn)室,已經(jīng)開(kāi)放免費(fèi)測(cè)試名額,將由測(cè)試專家提供現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)指導(dǎo),為您解決SiC和GaN器件在模塊的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)參數(shù)、在應(yīng)用級(jí)別的準(zhǔn)確測(cè)試與評(píng)價(jià)難題。


如果你想評(píng)估第三代半導(dǎo)體器件性能,如果你想驗(yàn)證所選功率器件是不是符合您的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要求,那就來(lái)預(yù)約泰克先進(jìn)半導(dǎo)體開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室吧!專家指導(dǎo),精確評(píng)估,讓您使用無(wú)憂!


來(lái)源:功率器件顯微鏡



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