實(shí)施雙脈沖測(cè)試，不僅能精準(zhǔn)測(cè)量功率設(shè)備的開(kāi)關(guān)特性和損耗，而且能進(jìn)一步優(yōu)化電力轉(zhuǎn)換過(guò)程。通過(guò)示波器上的WBG-DPT應(yīng)用軟件，可以通過(guò)自動(dòng)化測(cè)試流程，顯著提高測(cè)試效率和結(jié)果的可靠性。本篇將詳細(xì)介紹WBG-DPT的優(yōu)勢(shì)，如縮短測(cè)試時(shí)間、提高測(cè)量的重復(fù)性，以及按照J(rèn)EDEC/IEC標(biāo)準(zhǔn)或自定義參數(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)量的能力。此外，還將展示如何使用WBG-DPT軟件進(jìn)行高等級(jí)測(cè)量設(shè)置，如死區(qū)時(shí)間測(cè)量和反向恢復(fù)特性分析，這些功能對(duì)于提升半導(dǎo)體測(cè)試的效率和精度至關(guān)重要。
一、示波器上的雙脈沖測(cè)試軟件
WBG-DPT應(yīng)用相較于手動(dòng)測(cè)試提供了幾個(gè)重要優(yōu)勢(shì)：
1、縮短測(cè)試時(shí)間
2、即使在帶有振鈴的信號(hào)上也能實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測(cè)量
3、根據(jù)JEDEC/IEC標(biāo)準(zhǔn)或使用自定義參數(shù)進(jìn)行測(cè)量
4、預(yù)設(shè)功能以便于示波器設(shè)置
5、在脈沖之間和注釋之間輕松導(dǎo)航
6、在結(jié)果表中總結(jié)測(cè)量結(jié)果
7、通過(guò)報(bào)告、會(huì)話(huà)文件和波形記錄結(jié)果
8、完整的編程接口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化
9、使用可配置的限制和對(duì)失敗采取的行動(dòng)進(jìn)行合格 / 不合格測(cè)試
有關(guān) WBG-DPT 應(yīng)用的更多信息，請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表。
測(cè)量分為開(kāi)關(guān)參數(shù)分析、開(kāi)關(guān)定時(shí)分析和二極管恢復(fù)分析。
圖16. WBG-DPT應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)定時(shí)分析測(cè)量。
二、WBG Deskew功能
脈沖的幅度設(shè)置為2.5伏。其脈沖的脈寬設(shè)置為10微秒，間隙設(shè)置為5微秒，第二個(gè)脈沖設(shè)置為5微秒。觸發(fā)設(shè)置為手動(dòng)。
SMU儀器設(shè)置為向HV源輸入100伏。配置好門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)和電源后，現(xiàn)在可以使用示波器上的WBG-DPT應(yīng)用來(lái)配置和執(zhí)行雙脈沖測(cè)試。
圖17. WBG Deskew過(guò)程專(zhuān)門(mén)用于雙脈沖測(cè)試，并在信號(hào)被獲取后實(shí)現(xiàn)電流和電壓波形的對(duì)齊。
圖18：雙脈沖測(cè)試波形。
注意圖18中的波形與圖8中顯示的波形相似。再次提到，Ids上看到的電流超調(diào)是由于高側(cè)MOSFET/IGBT的自由輪二極管的反向恢復(fù)。這個(gè)尖峰是被使用設(shè)備的固有特性，并將導(dǎo)致?lián)p耗。
（一）測(cè)量開(kāi)通和關(guān)斷時(shí)序及能量損失
為了計(jì)算開(kāi)通和關(guān)斷參數(shù)，我們查看第 一個(gè)脈沖的下降沿和第二個(gè)脈沖的上升沿。
測(cè)量開(kāi)通和關(guān)斷參數(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如圖19所示。
圖19：開(kāi)關(guān)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)波形 [5]。
（1）td(on)：VGS在其峰值的10%與Vds在其峰值的90%之間的時(shí)間間隔。
（2）Tr：VDS從90%降到10%的峰值之間的時(shí)間間隔。
（3）td(off)：VGS在其峰值的90%與Vds在其峰值的10%之間的時(shí)間間隔。
（4）Tf：VDS從10%升到90%的峰值之間的時(shí)間間隔。
圖20：示波器上的DPT軟件支持標(biāo)準(zhǔn)和自定義參考水平。滯回帶設(shè)置了參考水平的范圍，信號(hào)必須穿過(guò)該范圍才被識(shí)別為一個(gè)過(guò)渡。這有助于過(guò)濾掉偶發(fā)事件。
圖21展示了在示波器上捕獲的波形和開(kāi)通參數(shù)的測(cè)量。在示波器上，啟動(dòng)WBG-DPT應(yīng)用。選擇功率設(shè)備類(lèi)型為MOSFET。配置VDS 、ID和VGS源。
轉(zhuǎn)到開(kāi)關(guān)定時(shí)分析組。添加Td(on)、Td(off)、Tr和Tf測(cè)量。配置Td(on)測(cè)量，點(diǎn)擊預(yù)設(shè)。這將示波器設(shè)置為單次采集。
開(kāi)啟電源。
開(kāi)啟AFG31000以產(chǎn)生輸出脈沖。
如圖21所示，結(jié)果波形被捕獲在示波器上。
然后使用以下方程計(jì)算過(guò)渡期間的能量損失：
通常，設(shè)計(jì)師會(huì)在示波器上使用積分功能來(lái)計(jì)算這一特定的能量損失。WBG-DPT應(yīng)用在開(kāi)關(guān)參數(shù)分析組下提供Eon測(cè)量。這個(gè)測(cè)量設(shè)置了積分并快速顯示結(jié)果。上述相同的方程可用于計(jì)算關(guān)斷過(guò)渡期間的能量損失：
DPT應(yīng)用在開(kāi)關(guān)參數(shù)分析菜單中包括一個(gè)自動(dòng)Eoff測(cè)量。這執(zhí)行計(jì)算并直接提供能量損失結(jié)果。
注意：示波器捕獲的數(shù)據(jù)僅供參考。
圖21：開(kāi)通參數(shù)波形
圖22展示了使用示波器光標(biāo)獲得的關(guān)斷波形測(cè)量。
二、測(cè)量反向恢復(fù)
現(xiàn)在，需要測(cè)量MOSFET的反向恢復(fù)特性。
圖23
反向恢復(fù)電流發(fā)生在第二個(gè)脈沖的開(kāi)通期間。如圖 23所示，在第二階段，二極管在正向條件下導(dǎo)通。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET 再次開(kāi)通時(shí)，二極管應(yīng)立即切換到反向阻斷狀態(tài)；然而，二極管會(huì)在一個(gè)短時(shí)間內(nèi)以反向條件導(dǎo)通，這被稱(chēng)為反向恢復(fù)電流。這種反向恢復(fù)電流轉(zhuǎn)化為能量損失，這直接影響了功率轉(zhuǎn)換器的效率。
現(xiàn)在測(cè)量高側(cè)MOSFET的參數(shù)。通過(guò)高側(cè)MOSFET測(cè)量Id，并在二極管上測(cè)量 Vsd。
圖23還展示了如何檢索反向恢復(fù)參數(shù)：
反向恢復(fù)參數(shù)：trr（反向恢復(fù)時(shí)間）、Irr（反向恢復(fù)電流）、Qrr（反向恢復(fù)電荷）、Err（反向恢復(fù)能量）、di/dt和Vsd（正向?qū)妷海?/span>
然后使用以下方程計(jì)算過(guò)渡期間的能量損失：
WBG-DPT支持在二極管反向恢復(fù)組下測(cè)量Trr 、Qrr和Err。波形和捕獲的結(jié)果顯示在圖24中。
多個(gè)Trr測(cè)量也可以在一個(gè)重疊的圖中顯示，顯示選定的脈沖、標(biāo)注、切線和配置的值。
圖24：反向恢復(fù)波形。顯示器頂部的波形顯示了多個(gè)事件的重疊圖。切線（A-B）表示當(dāng)前選中的測(cè)量事件。
三、測(cè)量死區(qū)時(shí)間
對(duì)于半橋配置中的開(kāi)關(guān)設(shè)備，為了確保被測(cè)試設(shè)備（DUT）的完整性和人員的安全，一個(gè)開(kāi)關(guān)在另一個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟前必須關(guān)閉。如果兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)開(kāi)啟，會(huì)發(fā)生“穿透"現(xiàn)象，這將導(dǎo)致失敗。然而，兩個(gè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響效率。因此，優(yōu)化死區(qū)時(shí)間是一個(gè)關(guān)鍵的設(shè)計(jì)目標(biāo)。?t?t = 死區(qū)時(shí)間Vgs1 Vgs2g圖25。在半橋功率轉(zhuǎn)換器中，死區(qū)時(shí)間是一個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè) 備關(guān)閉和另一個(gè)FET開(kāi)啟之間的延遲，如圖中的Δt所示。
圖25
死區(qū)時(shí)間（Tdt）是一個(gè)MOSFET關(guān)斷時(shí)間和另一個(gè)MOSFET開(kāi)通時(shí)間之間的時(shí)間延遲，通過(guò)每個(gè) MOSFET的門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)測(cè)量。死區(qū)時(shí)間在圖25中顯示為Δt。
WBG-DPT應(yīng)用包含一個(gè)自動(dòng)化的死區(qū)時(shí)間測(cè)量，可以在“開(kāi)關(guān)定時(shí)分析"選項(xiàng)卡下找到，如圖16所示。Tdt測(cè)量顯示在圖26的顯示屏右側(cè)中。死區(qū)時(shí)間是一個(gè)門(mén)電壓的配置下降沿級(jí)別和另一個(gè)門(mén)電壓的配置上升沿級(jí)別之間的時(shí)間間隔。默認(rèn)的上升和下降沿級(jí)別為50%。測(cè)量注釋?zhuān)ㄌ摼€垂直線）標(biāo)示了門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)上的死區(qū)時(shí)間測(cè)量。
在某些情況下，必須在具有緩慢上升或下降時(shí)間的波形上進(jìn)行死區(qū)時(shí)間測(cè)量。在這些情況下，可以在測(cè)量中配置自定義邊緣級(jí)別。自定義級(jí)別可以相對(duì)于波形的高低級(jí)別，或者是絕 對(duì)值。
圖26. 自動(dòng)化死區(qū)時(shí)間測(cè)量。第6通道的門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（綠色）關(guān)閉低側(cè)MOSFET，然后高側(cè)MOSFET的門(mén)驅(qū)動(dòng)信號(hào)（黃色）開(kāi)啟高側(cè)MOSFET。
四、結(jié)語(yǔ)
雙脈沖測(cè)試是測(cè)量功率設(shè)備的開(kāi)關(guān)參數(shù)和評(píng)估其動(dòng)態(tài)行為的必選測(cè)試方法。使用這個(gè)應(yīng)用的測(cè)試和設(shè)計(jì)工程師對(duì)了解功率設(shè)備的開(kāi)關(guān)、定時(shí)和反向恢復(fù)行為表現(xiàn)出濃厚的興趣。此測(cè)試需要兩個(gè)具有不同脈寬的電壓脈沖，這是主要的用戶(hù)痛點(diǎn)，因?yàn)閯?chuàng)建具有不同脈寬的脈沖的方法耗時(shí)較長(zhǎng)。
在4/5/6系列MSO上的WBG-DPT雙脈沖應(yīng)用能夠進(jìn)行特定標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試，分析功率設(shè)備的行為，與手動(dòng)測(cè)試相比節(jié)省時(shí)間。該應(yīng)用包括一個(gè)預(yù)設(shè)功能，以幫助捕獲正確的波形，提供詳細(xì)的配置選項(xiàng)以超越標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試，啟用信號(hào)調(diào)理功能以分析噪聲波形，提供導(dǎo)航和注釋功能，并提供詳細(xì)的文檔以實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測(cè)量。
