基于鼎阳科技产品的Demo板双脉冲测试指南

概述

在功率器件的设计与验证过程中，双脉冲测试是评估开关特性与反向恢复性能的关键手段。本文基于鼎阳科技全套测试解决方案，以ST EVAL6498L半桥栅极驱动器评估板为例，系统展示如何利用鼎阳示波器、信号源、电源及探头完成双脉冲测试的完整流程。

通过SDS3000X HD/SDS5000X HD示波器的波器双脉冲测试选件，配合SDG1000X Plus信号源灵活配置脉冲参数，结合SPD4000X电源的稳定供电以及配套探头的高精度测量，用户可以快速、准确地获取功率器件的开关损耗、延时时间、反向恢复电荷等关键参数。

测试配置

本次测试具体配置如下：

示波器：SDS3000X HD/SDS5000X HD（开通双脉冲测试选件）；

信号源：SDG1000X Plus；

电源：SPD4000X（CH1输出10V，CH2 3串联输出50V）；

探头：无源探头x1，高压电压探头DPB5150 x1，电流探头CP6030 x1；

Demo板：ST EVAL6498L 半桥栅极驱动器评估板。

01测试须知

评估板裸板上，Q1和Q2预留点位焊接MOS或者IGBT器件，可自行购买器件焊接测试，本文档是焊接的ST的STFH10N60M2型号MOS管。此外，板上的R2、R4、R6、R7、C4（原理图中标N.M的点位）等点位都是需要根据测试目的去贴合适的器件。

为了较为简单地达到我们演示下管双脉冲测试的目的，可以直接在C4位置焊接0Ω电阻，使得上管的G极和S极短接，然后在R6、R7上焊接100Ω电阻，同时在HV和OUT直接并联一个电感。

图1  ST EVAL6498L 评估板裸板

图2 ST EVAL6498L 原理图

Ø 评估板左侧VCC和GND之间接10V；

Ø 评估板上方HV和GND之间接50V；

Ø PWM_L和GND之间接SDG双脉冲信号；

Ø 测试开关参数时，无源探头接下管Vgs，高压探头接下管Vds，电流探头接下管S极，方向由S极往外。

图3  开关参数测试连接图

Ø 测试反向恢复参数时，无源探头接下管Vgs，高压探头接上管Vds，电流探头接上管S极，方向由S极往外。

图4  反向恢复参数测试连接图

Ø 高电平3.5V，低电平0V；

Ø 第一个脉冲正脉宽10us，负脉宽5us；

Ø 第二个脉冲正脉宽5us，负脉宽10us；

 

图5  信号源双脉冲参数设置

02测试结果

图6  示波器开关参数测试波形

图7 IGBT器件双脉冲测试电流流向

① 信号源输出第一个脉冲使得低侧MOSFET导通，在这一步建立了电感中的电流Id（Ids），可以按被测器件需求来调整脉冲宽度使得电感电流可以达到目标数值。

② 关闭第一个脉冲，低侧MOSFET关闭，同时由于高侧MOSFET的G、S极已经短路，电流在高侧MOSFET和电感之间续流。此外，关断周期较短，使得电感中的负载电流尽可能接近恒定值。

③ 信号源输出第二个脉冲使得低侧MOSFET再次导通，脉冲宽度比第一次脉冲短，以防器件过热或击穿。同时注意在第二个脉冲开通瞬间，高侧MOSFET有反向恢复电流电流，会导致Ids出现明显过冲后回落。

Ø Td(on)：测量功率器件在导通区域中的导通延时时间。

MOSFET的导通延时指在导通条件或指定电平期间，VGS峰值10%到VDS减少到90%之间的时间间隔；

IGBT的导通延时指在导通条件或指定电平期间，VGE峰值10%到IC减少到90%之间的时间间隔；

Ø Td(off)：测量功率器件在关断区域中的关断延时时间。

MOSFET的导通延时指在关断条件或指定电平期间，VGS峰值90%到VDS增加到90%之间的时间间隔；

GBT的关断延时指在关断条件或指定电平期间，VGE峰值90%到IC减少到90%之间的时间间隔；

Ø Tr：上升时间，VDS从其峰值90%降到10%之间的时间间隔；

Ø Tf：下降时间，VDS从其峰值10%升到90%之间的时间间隔；

图8 开关时刻VDS VGS标准波形

图9 开关参数配置

图10  反向恢复参数测试波形

如上图，在第②阶段，高侧MOSFET二极管在正向条件导通，电流在高侧MOSFET和电感之间续流，所以可以看到IDS从0上升到一个恒定数值。在第③阶段，第二个脉冲的开通期间，低侧MOSFET再次开通时，高侧二极管理论上应该立即切换到反向阻断状态，事实上二极管却会出现短暂的反向导通状态，产生反向恢复电流。反向恢复电流会转化为能量损失，直接影响了功率器件的效率。

图11  反向恢复电流波形示例

图12  反向恢复参数配置

Ø Trr：反向恢复时间，使用配置的电平来测量功率器件的反向恢复时间。

电流通过零点从正向切换到反向的瞬间与A点和B点之间外推反向电流达到零点的瞬间之间的时间间隔。当整流器以自身的峰值反向恢复电流 Irr 进行响应时，Trr 由两个时间间隔 Ta和 Tb 组成，如上图所示。Ta 在正向电流向下倾斜并与零电流轴相交时开始，在整流器 Irr 峰值响应点结束。

Ø Qrr：反向恢复电荷，使用配置的电平来测量功率器件中的反向恢复电荷。

当功率器件从指定的正向电流条件切换到具有正向偏置栅极条件的指定反向电压条件时，在单个 集电极电流或漏极电流脉冲的指定积分时间期间从功率器件恢复的总电荷。

Ø Err：反向恢复电能，使用配置的电平来测量功率器件中耗散的反向恢复电能。

Ø Irrm：反向恢复时间间隔内发生的最大反向电流。

Ø 二极管 d/dt 测量反向恢复电压或电流在指定电平之间的变化率。

作者丨鼎阳科技 马烈旭

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