01引言

功率開關器件的規格書上有著多種多樣的數據，如靜態特性參數，動態特性參數，開關特性參數等等。其中靜態特性參數大多數可以通過靜態參數一體化測試機或者源表等設備直接測出，動態特性參數則可以通過電容測試平臺描繪出，最后開關特性參數則需要用到雙脈沖測試才能準確測得。

02雙脈沖測試的必要性

功率開關器件的規格書上有著多種多樣的數據，如靜態特性參數，動態特性參數，開關特性參數等等。其中靜態特性參數大多數可以通過靜態參數一體化測試機或者源表等設備直接測出，動態特性參數則可以通過電容測試平臺描繪出，最后開關特性參數則需要用到雙脈沖測試才能準確測得。

03雙脈沖測試平臺的結構

雙脈沖測試平臺的基本結構如圖1所示。其主要結構由2個組成半橋電路的功率開關器件和一個電感組成，上橋臂一般與其源極短接，始終處于關斷狀態，下橋臂接收雙脈沖信號，控制回路開關狀態。

圖1 雙脈沖測試基本結構

雙脈沖測試所測得的波形如圖2所示，雙脈沖測試中的第一個脈沖用于給電感充電，獲得一個指定值的電流，觀察其下降沿就會得到關斷狀態的相關數據，包括關斷時間，關斷損耗，tf等參數；觀察第二個脈沖的上升沿則會得到開啟狀態的相關數據，包括開啟時間，開啟損耗，tr等參數。

圖2 雙脈沖測試理想波形

04雙脈沖過程分解

1、第一個脈沖的開啟過程：由于此前電感沒有儲能，此時處于零電流開啟狀態，隨著下橋臂器件的開啟，電壓由功率開關器件逐漸轉移至電感上。

2、第一個脈沖的穩態過程：此時回路狀態穩定，下橋臂器件完全開啟，電感承載母線電壓，電感工作電流迅速上升。

3、第一個脈沖的關斷過程：此時電感有一個較大的工作電流，隨著下橋臂器件逐漸關斷，電感的電壓轉移至下橋臂器件，由于電感遵循電流不突變原則，電感為了保持電流的持續性，原本在下橋臂器件流通的回路電流，將會轉移至上橋臂器件的二極管內續流。

4、雙脈沖之間的關斷時間：此時回路狀態穩定，下橋臂器件關斷，電感的儲能電流持續在上橋臂器件的二極管內續流。

5、第二個脈沖的開啟過程：由于此前電感有儲能電流在上橋臂器件的二極管內續流，此時開啟為帶負載開啟。隨著下橋臂器件的開啟，電壓由功率開關器件逐漸轉移至電感上，電感的續流電流從上橋臂器件的二極管轉移至下橋臂中。同時二極管由正向偏壓轉變為反向耐壓，二極管會排出續流的載流子，形成反向恢復電流。

05雙脈沖測試點定義

圖3為規格書各開關參數：

圖3規格書中常見的IGBT開關特性參數

將第一個脈沖的關斷過程詳細展開會得到如圖4的波形，從中計算得出td(off)，tf和Eoff等數據。

td（off）: 90% Vgate至90% Ic。

tf : 90% Ic下降至10% Ic。

Eoff : 90% Vgate至2% Ic的損耗。

要測得Eoff值，一般需要用到示波器的函數運算功能，如圖5所示，首先通過數學運算將被測器件電流與電壓相乘，得到一條新的曲線，被測器件損耗功率。該曲線在未開始關斷時，可以看到有一個較小的數值，這是器件的導通損耗。在關斷的過程中被測器件損耗功率迅速上升，這是由于器件柵極信號下降至彌勒平臺區域，器件開始關斷，其CE電壓迅速上升，由于負載為感性負載，電流的變化存在一定的相位延遲并沒有立刻發生變化。等到器件的電壓上升至接近峰值的時候，此時電感上的電壓數值較高，電流開始減小，此時的被測器件損耗功率也達到了峰值。最后器件電流下降至完全關斷，損耗徹底消失。從90%的柵極信號至2%的器件電流這段時間之內，將被測器件損耗功率通過示波器積分運算所得出的數值，就是Eoff。

圖4第一個脈沖的理想關斷過程

圖5Eoff的計算方式

通過同樣的方式，我們也可以在第二個脈沖開啟過程中計算得出td(on)，tr和Eon等數據。

td（on）: 10% Vgate至10% Ic。

tr : 10% Ic上升至90% Ic。

Eon : 10% Vgate至2% Vce的損耗。

通過同樣的方式，我們也可以在第二個脈沖開啟過程中計算得出td(on)、tr和Eon等數據，如圖7所示。10%的柵極信號至10%的被測器件電流所用時間定義為td（on），10%至90%的被測器件電流所用時間定義為tr。從10%的柵極信號至2%的器件電壓這段時間之內，將被測器件損耗功率通過示波器積分運算所得出的數值，就是Eon。

圖7 Eon的計算方式

在第二個脈沖的開啟過程中，二極管從正向導通轉變為反向耐壓狀態，此時就能測得所有關于二極管的電學特性。

Qrr，即二極管反向恢復電荷，二極管從正向導通轉變為反向耐壓的過程中，需要排出結中的載流子，此時會形成一個反向的電流尖峰，使用示波器的積分功能計算這段電流尖峰，就能準確算出Qrr。

Irrm，二極管的反向尖峰最大值，測量反向恢復期間尖峰的最高值即可獲得。

Trr，反向恢復時間，通常為反向恢復電流上升區間的10%至下降區間的10%Irrm。

圖8二極管開關特性

圖9 規格書中常見的二極管特性

以上所談到的波形都是基于理論的數值計算，其實際測試波形如圖10和圖11，分別是開通和關斷波形。其中1通道黃色的是門極信號，2通道藍色的是被測器件VGE的信號，3通道綠色的是被測器件的Ic。數學運算1是電壓和電流信號的乘積，也就是損耗值。測試過程中開關瞬間還會遇到各種震蕩等現象，部分可能是源于器件本身特性的問題，另一部分則源于雙脈沖測試平臺架構的寄生參數。在震蕩過大以至于影響電流電壓判斷的環境中，則建議適當降低開關速度以獲得較為準確的測試值。

圖10開通波形

圖11關斷波形

審核編輯：湯梓紅