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功率器件雙脈沖測試原理和方法


  來源: ZTMI致遠儀器 時間:2024-12-04 編輯:清風(fēng)
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功率半導(dǎo)體器件的動態(tài)測試中,雙脈沖測試是一個典型的測試需求,本文將從雙脈沖測試原理、過程、主要測試內(nèi)容等方面為大家說清雙脈沖測試。


雙脈沖測試原理


功率半導(dǎo)體器件具有幾十種參數(shù)來表征其特性,通過參數(shù)可以幫助工程師更好地完成產(chǎn)品的設(shè)計。功率半導(dǎo)體器件參數(shù)綜合而言可以分為三大類:

器件最值,包括器件極限工作點相關(guān)的參數(shù),如擊穿電壓、熱阻抗、最大耗散功率、最大漏極電流和安全工作區(qū)等;


靜態(tài)參數(shù),包括器件的工作點的電壓電流關(guān)系,如傳遞特性、閾值電壓、輸出特性、導(dǎo)通電阻、二極管導(dǎo)通特性、第三象限導(dǎo)通特性等;


動態(tài)特性,包括器件的開關(guān)過程、反向恢復(fù)過程、柵電荷、結(jié)電容等。


三類測試中,以動態(tài)特性測試最為復(fù)雜,而雙脈沖測試主要就是針對器件動態(tài)特性進行的。如圖1是典型的半橋電路,是一個典型的雙脈沖測試電路,電路由被測器件QL、陪測二極管VDH、負載電感L、驅(qū)動電壓源VBus,脈沖控制信號源VDRV組成。測試過程中通過脈沖控制源VDRV輸出脈沖,控制QL進行開斷,得到器件在指定電壓、電流下的開關(guān)特性。


圖1  雙脈沖測試電路


雙脈沖測試信號如圖2所示,在t0時刻啟動驅(qū)動電壓源VBus,t0-t2時段為被測器件QL關(guān)斷信號,t2-t3為導(dǎo)通時段,t3-t4為關(guān)斷時段,t4-t5為導(dǎo)通時段。t5之后徹底關(guān)斷器件,并將驅(qū)動電壓源VBus下電,測試結(jié)果。為了更好地理解整個測試過程,我們進一步分解每個過程的電路變化。


圖2  雙脈沖信號


在t0-t2時刻,電路狀態(tài)如圖3所示,電路驅(qū)動電壓源VBus啟動,輸出器件QL所需的指定電壓Vset,此時由于器件QL還處于短路狀態(tài),因此VDS逐漸上升至Vset,回路之中沒有電流產(chǎn)生。


圖3  t0-t2狀態(tài)電路


在t2-t3時刻,電路狀態(tài)如圖4所示,由于已經(jīng)器件QL導(dǎo)通,回路有效,回路中產(chǎn)生電流IL和IDS,由于存在電感L,電流無法突變,因此IL和IDS會逐漸升高至器件QL所需的指定電流Iset,此時VDS為零。


圖4  t2-t3狀態(tài)電路


在t3-t4時刻,電路狀態(tài)如圖5所示,此時器件QL關(guān)斷,QL回路無效,電流IDS為零,但由于電感電流無法突變,電流IL依舊存在,并通過陪測二極管VDH形成電流IF,此時VDS與Vset電壓相等。


圖5  t3-t4狀態(tài)電路


在t4-t5時刻,電路狀態(tài)如圖6所示,此時器件QL再次導(dǎo)通,由于t3-t4時段中電感回路產(chǎn)生的電流IL持續(xù)有效,因此在此時間段內(nèi),IDS的值將會進一步升高,超出器件QL指定電流Iset,此時VDS再次為零。


圖6  t4-t5狀態(tài)電路


我們將各參數(shù)在各時間段的變化繪制在一個坐標(biāo)圖中,如圖7所示。整個過程中器件QL經(jīng)過了兩次導(dǎo)通和關(guān)斷,形成兩個脈沖,因此得名雙脈沖測試。在雙脈沖過程中,t2時刻為導(dǎo)通時刻,t3時刻為關(guān)斷時刻,記錄這個兩個時刻過程的VGS、VDS電壓、IDS電流波形,就可以對器件開關(guān)特性進行分析和評估了。此外t4時刻不僅是器件再次導(dǎo)通時刻,還是陪測二極管VDH反向恢復(fù)過程,此時記錄電壓、電流波形可以分析出器件反向恢復(fù)相關(guān)特性。


圖7  雙脈沖測試過程時序


雙脈沖測試的項目內(nèi)容


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