【導(dǎo)讀】進(jìn)行雙脈沖測(cè)試的主要目的是獲得功率半導(dǎo)體的開(kāi)關(guān)特性，可以說(shuō)它伴隨著功率器件從研發(fā)制造到應(yīng)用的整個(gè)生命周期。基于雙脈沖測(cè)試獲得的器件開(kāi)關(guān)波形可以做很多事情，包括：通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)過(guò)程的分析驗(yàn)證器件設(shè)計(jì)方案并提出改進(jìn)方向、提取開(kāi)關(guān)特征參數(shù)制作器件規(guī)格書(shū)、計(jì)算開(kāi)關(guān)損耗和反向恢復(fù)損耗為電源熱設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐、不同廠商器件開(kāi)關(guān)特性的對(duì)比等。
測(cè)量延時(shí)的影響
被測(cè)信號(hào)在測(cè)量過(guò)程中會(huì)經(jīng)歷兩次延時(shí)，不同信號(hào)所經(jīng)歷延時(shí)的差別會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果造成一定的影響。一次延時(shí)是示波器模擬前端的延時(shí)，索性示波器不同通道間延時(shí)差別在 ps 級(jí)別，對(duì)于 ns 級(jí)別的 ns、us 級(jí)別的功率器件開(kāi)關(guān)過(guò)程可以忽略不計(jì)。另一次是探頭的延時(shí)，不同的探頭直接的延時(shí)差別在 ns 級(jí)別，此時(shí)對(duì)于開(kāi)關(guān)速度較快的器件就有明顯的影響了，特別是對(duì)于近幾年開(kāi)始逐漸推廣使用的 SiC 和 GaN 器件影響就更大了。
我們以 SiC MOSFET 開(kāi)關(guān)過(guò)程測(cè)量為例來(lái)說(shuō)明測(cè)量延時(shí)的影響。
在下圖中，藍(lán)色波形為未對(duì)探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)前獲得的波形（校準(zhǔn)前波形），紅色波形為對(duì)探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)后獲得的波形（校準(zhǔn)后波形）。
按照理論，在開(kāi)通過(guò)程中，當(dāng) IDS 開(kāi)始上升時(shí)，會(huì)在回路寄生電感上產(chǎn)生壓降，這會(huì)使 VDS 有所下降，IDS 的上升與 VDS 的下降應(yīng)該幾乎在同一時(shí)刻開(kāi)始的。而在校準(zhǔn)前波形中，IDS 開(kāi)始上升時(shí)，VDS 保持不變，在一段 5.5ns 延時(shí)后才開(kāi)始下降。這一情況與理論明顯不符合，可以推斷此時(shí) IDS 信號(hào)超前 VDS 信號(hào)。而在進(jìn)行校準(zhǔn)后，這一問(wèn)題得到了解決。
按照理論，在關(guān)斷過(guò)程中，VDS 的尖峰應(yīng)該在IDS 過(guò)零附近。而在校準(zhǔn)前波形中，IDS 過(guò)零5.5ns 后，VDS 才達(dá)到最高值。在進(jìn)行校準(zhǔn)后，這一問(wèn)題也得到了解決。
同時(shí)我們還整理出開(kāi)關(guān)特性參數(shù)，包括：開(kāi)通延時(shí) td(on)、開(kāi)通時(shí)間 tr、開(kāi)通能量 Eon、關(guān)斷延時(shí) td(off)、關(guān)斷時(shí)間 tf、關(guān)斷能量 Eoff。可以看到開(kāi)通延時(shí) td(on) 和關(guān)斷延遲 td(off) 校準(zhǔn)前后有 2ns 左右差異，開(kāi)通時(shí)間 tr 和關(guān)斷時(shí)間 tf 校準(zhǔn)前后幾乎不變，開(kāi)通能量 Eon 校準(zhǔn)前395.31uJ 比校準(zhǔn)后 147.53uJ 大了 1.67 倍，關(guān)斷能量 Eoff 校準(zhǔn)前 20.28uJ 比校準(zhǔn)后 70.54uJ小了 71.3%。
由此可見(jiàn)延時(shí)對(duì)于器件開(kāi)關(guān)特性的分析和參數(shù)計(jì)算有著非常明顯的影響，在進(jìn)行測(cè)量之前，我們可以通過(guò)以下四種方法來(lái)進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)。
方法一 : 同時(shí)測(cè)量示波器自帶方波信號(hào)
校準(zhǔn)不同電壓探頭之間的延時(shí)差別非常簡(jiǎn)單， 只需要同時(shí)測(cè)量同一電壓信號(hào)，然后再根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)即可。
我們可以利用示波器自帶的方波信號(hào)，一般在示波器側(cè)面板或前面板。可以看到，兩個(gè)探頭雖然都在測(cè)量示波器自帶方波，但在示波器屏幕上顯示的波形出現(xiàn)的延時(shí)，1 通道測(cè)量通路超前 2 通道測(cè)量通路 5.6ns。那么我們就可以在示波 器的通道設(shè)置菜單中設(shè)置 1 通道延時(shí)為 -5.6ns， 或設(shè)置 2 通道延時(shí)為 +5.6ns 完成校準(zhǔn)。
方法二 : 示波器自帶功能校正
對(duì)于固定型號(hào)的電壓或者電流探頭，其延時(shí)是基本固定的，只要知道探頭型號(hào)就能夠直接進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)。現(xiàn)在示波器的功能越來(lái)越強(qiáng)大，通過(guò)探頭的接口可以識(shí)別出探頭的型號(hào)，這樣示波器就可以直接自動(dòng)設(shè)備延時(shí)校準(zhǔn)值。
方法三 : 延時(shí)校準(zhǔn)夾具
仿照方法一中同時(shí)測(cè)量同一信號(hào)來(lái)校準(zhǔn)不同電壓探頭延時(shí)差別的思路，測(cè)量同時(shí)變化的電壓和電流信號(hào)，就能夠校準(zhǔn)電壓探頭和電流探頭之間的延時(shí)差別。很多示波器廠商基于此思路已經(jīng)推出了電壓、電流探頭延時(shí)校準(zhǔn)夾具，方便工程師直接使用，而不用再自己做校準(zhǔn)源。例如泰克的相差校正脈沖發(fā)生器信號(hào)源 TEK-DPG 和功率測(cè)量偏移校正夾具 067-1686-03。
方法四 : 利用器件開(kāi)關(guān)特征
如果受限于手頭設(shè)備，我們還可以通過(guò)上邊提到的器件開(kāi)關(guān)過(guò)程的特征來(lái)進(jìn)行校準(zhǔn)。按照理論，在開(kāi)通過(guò)程中 IDS 的上升與 VDS 的下降應(yīng) 該幾乎在同一時(shí)刻開(kāi)始的。那么我們可以進(jìn)行不同測(cè)試條件下的雙脈沖測(cè)試，讀出每次開(kāi)通過(guò)程中 IDS 與 VDS 之間的延時(shí)，然后去平均值后進(jìn)行校準(zhǔn)即可。
來(lái)源：功率器件顯微鏡公眾號(hào)
關(guān)于泰克科技
泰克公司總部位于美國(guó)俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創(chuàng)新、精確、操作簡(jiǎn)便的測(cè)試、測(cè)量和監(jiān)測(cè)解決方案，解決各種問(wèn)題，釋放洞察力，推動(dòng)創(chuàng)新能力。70多年來(lái)，泰克一直走在數(shù)字時(shí)代前沿。歡迎加入我們的創(chuàng)新之旅，敬請(qǐng)登錄：tek.com.cn
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