以下文章來源于鼎陽硬件智庫，作者鼎陽科技馬烈旭
概述
在功率器件的設計與驗證過程中，雙脈沖測試是評估開關特性與反向恢復性能的關鍵手段。本文基于鼎陽科技全套測試解決方案，以ST EVAL6498L半橋柵極驅動器評估板為例，系統展示如何利用鼎陽示波器、信號源、電源及探頭完成雙脈沖測試的完整流程。
通過SDS3000X HD/SDS5000X HD示波器的雙脈沖測試選件，配合SDG1000X Plus信號源靈活配置脈沖參數，結合SPD4000X電源的穩定供電以及配套探頭的高精度測量，用戶可以快速、準確地獲取功率器件的開關損耗、延時時間、反向恢復電荷等關鍵參數。
測試配置
本次測試具體配置如下：
示波器：SDS3000X HD/SDS5000X HD（開通雙脈沖測試選件）；
信號源：SDG1000X Plus；
電源：SPD4000X（CH1輸出10V，CH2 3串聯輸出50V）；
探頭：無源探頭x1，高壓電壓探頭DPB5150 x1，電流探頭CP6030 x1；
Demo板：ST EVAL6498L 半橋柵極驅動器評估板。
01
測試須知
評估板裸板上，Q1和Q2預留點位焊接MOS或者IGBT器件，可自行購買器件焊接測試，本文檔是焊接的ST的STFH10N60M2型號MOS管。此外，板上的R2、R4、R6、R7、C4（原理圖中標N.M的點位）等點位都是需要根據測試目的去貼合適的器件。
為了較為簡單地達到我們演示下管雙脈沖測試的目的，可以直接在C4位置焊接0Ω電阻，使得上管的G極和S極短接，然后在R6、R7上焊接100Ω電阻，同時在HV和OUT直接并聯一個電感。
圖1 ST EVAL6498L 評估板裸板
圖2 ST EVAL6498L 原理圖
? 評估板左側VCC和GND之間接10V；
? 評估板上方HV和GND之間接50V；
? PWM_L和GND之間接SDG雙脈沖信號；
? 測試開關參數時，無源探頭接下管Vgs，高壓探頭接下管Vds，電流探頭接下管S極，方向由S極往外。
圖3 開關參數測試連接圖
? 測試反向恢復參數時，無源探頭接下管Vgs，高壓探頭接上管Vds，電流探頭接上管S極，方向由S極往外。
圖4 反向恢復參數測試連接圖
? 高電平3.5V，低電平0V；
? 第一個脈沖正脈寬10us，負脈寬5us；
? 第二個脈沖正脈寬5us，負脈寬10us；
圖5 信號源雙脈沖參數設置
02
測試結果
圖6 示波器開關參數測試波形
圖7 IGBT器件雙脈沖測試電流流向
① 信號源輸出第一個脈沖使得低側MOSFET導通，在這一步建立了電感中的電流Id（Ids），可以按被測器件需求來調整脈沖寬度使得電感電流可以達到目標數值。
② 關閉第一個脈沖，低側MOSFET關閉，同時由于高側MOSFET的G、S極已經短路，電流在高側MOSFET和電感之間續流。此外，關斷周期較短，使得電感中的負載電流盡可能接近恒定值。
③ 信號源輸出第二個脈沖使得低側MOSFET再次導通，脈沖寬度比第一次脈沖短，以防器件過熱或擊穿。同時注意在第二個脈沖開通瞬間，高側MOSFET有反向恢復電流電流，會導致Ids出現明顯過沖后回落。
? Td(on)：測量功率器件在導通區域中的導通延時時間。
MOSFET的導通延時指在導通條件或指定電平期間，VGS峰值10%到VDS減少到90%之間的時間間隔；
IGBT的導通延時指在導通條件或指定電平期間，VGE峰值10%到IC減少到90%之間的時間間隔；
? Td(off)：測量功率器件在關斷區域中的關斷延時時間。
MOSFET的導通延時指在關斷條件或指定電平期間，VGS峰值90%到VDS增加到90%之間的時間間隔；
GBT的關斷延時指在關斷條件或指定電平期間，VGE峰值90%到IC減少到90%之間的時間間隔；
? Tr：上升時間，VDS從其峰值90%降到10%之間的時間間隔；
? Tf：下降時間，VDS從其峰值10%升到90%之間的時間間隔；
圖8 開關時刻VDS VGS標準波形
圖9 開關參數配置
圖10 反向恢復參數測試波形
如上圖，在第②階段，高側MOSFET二極管在正向條件導通，電流在高側MOSFET和電感之間續流，所以可以看到IDS從0上升到一個恒定數值。在第③階段，第二個脈沖的開通期間，低側MOSFET再次開通時，高側二極管理論上應該立即切換到反向阻斷狀態，事實上二極管卻會出現短暫的反向導通狀態，產生反向恢復電流。反向恢復電流會轉化為能量損失，直接影響了功率器件的效率。
圖11 反向恢復電流波形示例
圖12 反向恢復參數配置
? Trr：反向恢復時間，使用配置的電平來測量功率器件的反向恢復時間。
電流通過零點從正向切換到反向的瞬間與A點和B點之間外推反向電流達到零點的瞬間之間的時間間隔。當整流器以自身的峰值反向恢復電流 Irr 進行響應時，Trr 由兩個時間間隔 Ta和 Tb 組成，如上圖所示。Ta 在正向電流向下傾斜并與零電流軸相交時開始，在整流器 Irr 峰值響應點結束。
? Qrr：反向恢復電荷，使用配置的電平來測量功率器件中的反向恢復電荷。
當功率器件從指定的正向電流條件切換到具有正向偏置柵極條件的指定反向電壓條件時，在單個 集電極電流或漏極電流脈沖的指定積分時間期間從功率器件恢復的總電荷。
? Err：反向恢復電能，使用配置的電平來測量功率器件中耗散的反向恢復電能。
? Irrm：反向恢復時間間隔內發生的最大反向電流。
? 二極管 d/dt 測量反向恢復電壓或電流在指定電平之間的變化率。
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作者丨鼎陽科技 馬烈旭
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