如何使用Tektronix AFG31000任意函數發生器功率半導體雙脈沖測試分析

在汽車和工業應用中，更小、更輕的設計的功率密度優勢尤為明顯，而從系統成本降低的角度來看，更緊湊的功率電子設備也普遍受到青睞。從電力生成到消耗的各個階段，功率電子都需要實現更高的能效，

因此，設計工程師需要測量所有這些時間參數，以盡量 減少切換損失，從而設計出更高效的轉換器。 首選的測試方法來測量 MOSFET 或 IGBT 的切換參數 是“雙脈沖測試”方法。本應用說明將描述雙脈沖測試 及其實施方式。具體來說，本應用說明將解釋如何使用 Tektronix AFG31000 任意函數發生器生成脈沖，并使 用 4、5 或 6 系列 MSO 示波器測量重要參數。

什么是雙脈沖測試？ 雙脈沖測試是一種測量功率設備的切換參數和評估動態 行為的方法。使用這種應用的用戶通常希望測量以下切換 參數：

開通參數：開通延遲（td(on)）、上升時間（tr）、開通時間（ton）、 開通能量（Eon）、電壓變化率（dv/dt）和電流變化率（di/ dt）。然后

確定能量損失。

關斷參數：關斷延遲（td(off)）、下降時間（tf）、關斷時 間（toff）、關斷能 量（Eoff）、電 壓 變 化 率（dv/dt）和電 流變化率（di/dt）。然后確定能量損失。

反向恢復參數：反向恢復時間（trr）、反向恢復電流（Irr）、 反向恢復電荷（Qrr）、反向恢復能量、電流變化率（di/ dt）和正向導通電壓（Vsd）。

此測試的執行目的是：

保證像 MOSFET 和 IGBT 這類功率設備的規格。

確認功率設備或功率模塊的實際值或偏差。

在各種負載條件下測量這些切換參數，并驗證多個設備的 性能。

下圖展示了一個典型的雙脈沖測試電路。

該 測 試 使 用 感 應 負 載 和 電 源 進 行。電 感 用 于 復 制 轉 換 器設 計中的電 路 條 件。電源 用于向電 感 提 供電 壓。 AFG31000 用于 輸出 脈 沖，這 些 脈 沖 觸 發 MOSFET 的 門極，從而使其開啟并開始導電。

 第一步，由第一次開通脈沖代表，是初始調整的脈寬。這 建立了電感中的電流。調整此脈沖以達到圖所示的所需 測試電流（Id）。

第二步（2）是關閉第一個脈沖，這在自由輪二極管中產 生電流。關斷周期很短，以保持電感中的負載電流盡可能 接 近 恒 定值。圖顯 示 低 側 MOSFET 上的 Id 在 第二步 歸零；然而，電流通過電感和高側二極管流動。這可以在圖中看到，電流通過高側 MOSFET（未被開通的 MOSFET）的二極管流動。

第三步（3）由第二次開通脈沖代表。脈沖寬度比第一次脈 沖短，以防設備過熱。第二個脈沖需要足夠長，以便進行 測量。圖中看到的電流超調是由于高側 MOSFET/IGBT 的自由輪二極管反向恢復所致。

然后在第一次脈沖的關斷和第二次脈沖的開通時捕獲關 斷和開通時間測量。

下一部分將討論測試設置和測量方式。

雙脈沖測試設置下圖展示了進行雙脈沖測試的設備設置。需要以下設備：

 AFG31000：連接到隔離門驅動器，并使用設備上的雙脈 沖測試應用快速生成不同脈寬的脈沖。隔離門驅動器用于 開通 MOSFET。

示波器：4/5/6 系列 MSO（此設置使用 Tektronix 5 系列 MSO）：測量 VDS、VGS 和 ID。

示波器上的雙脈沖測試軟件：4/5/6 系列 MSO 上的 Opt. WBG-DPT，用于自動化測量。

用于低側設備和高側二極管反向恢復的探頭：

低側探測：

- Ch1：VDS - TPP 系列或 THDP/TMDP 系列電壓探頭

- Ch2：VGS - TPP 系列或帶 MMCX 適配器尖端的 TIVP 隔 離探頭。

- Ch3：ID - TCP 系列電流探頭 高側探測：

- Ch4：IRR - TCP 系列電流探頭

- Ch5：VDS - THDP/TMDP 系列電壓探頭

直流電源：

高壓電源： - EA-PSI 10000

可編程電源，最高 2 千伏，30 千瓦

2657A 高壓源表單元（SMU），最高 3 千伏

2260B-800-2，可編程直流電源，最高 800 伏

門驅動電路電源： - 2230 系列或 2280S 系列直流電源

細心的探測和優化將幫助用戶獲得好的結果。用戶可以 采取一 些 步驟 來 進 行準確 和可重 復的測量，如從 測量 中移除電壓、電流和時間誤差。如 4/5/6 系列 MSOs 的 WBG-DPT 選 項的自動化測量軟件消除了手動步驟，節 省時間并提供可重復的結果。