如何使用Tektronix AFG31000任意函数发生器功率半导体双脉冲测试分析
在汽车和工业应用中，更小、更轻的设计的功率密度优势尤为明显，而从系统成本降低的角度来看，更紧凑的功率电子设备也普遍受到青睐。从电力生成到消耗的各个阶段，功率电子都需要实现更高的能效，
因此，设计工程师需要测量所有这些时间参数，以尽量 减少切换损失，从而设计出更高效的转换器。 首选的测试方法来测量 MOSFET 或 IGBT 的切换参数 是“双脉冲测试”方法。本应用说明将描述双脉冲测试 及其实施方式。具体来说，本应用说明将解释如何使用 Tektronix AFG31000 任意函数发生器生成脉冲，并使 用 4、5 或 6 系列 MSO 示波器测量重要参数。
什么是双脉冲测试？ 双脉冲测试是一种测量功率设备的切换参数和评估动态 行为的方法。使用这种应用的用户通常希望测量以下切换 参数：
开通参数：开通延迟（td(on)）、上升时间（tr）、开通时间（ton）、 开通能量（Eon）、电压变化率（dv/dt）和电流变化率（di/ dt）。然后
确定能量损失。
关断参数：关断延迟（td(off)）、下降时间（tf）、关断时 间（toff）、关断能 量（Eoff）、电 压 变 化 率（dv/dt）和电 流变化率（di/dt）。然后确定能量损失。
反向恢复参数：反向恢复时间（trr）、反向恢复电流（Irr）、 反向恢复电荷（Qrr）、反向恢复能量、电流变化率（di/ dt）和正向导通电压（Vsd）。
此测试的执行目的是：
保证像 MOSFET 和 IGBT 这类功率设备的规格。
确认功率设备或功率�？榈氖导手祷蚱�。
在各种负载条件下测量这些切换参数，并验证多个设备的 性能。
下图展示了一个典型的双脉冲测试电路。
该 测 试 使 用 感 应 负 载 和 电 源 进 行。电 感 用 于 复 制 转 换 器设 计中的电 路 条 件。电源 用于向电 感 提 供电 压。 AFG31000 用于 输出 脉 冲，这 些 脉 冲 触 发 MOSFET 的 门极，从而使其开启并开始导电。
第一步，由第一次开通脉冲代表，是初始调整的脉宽。这 建立了电感中的电流。调整此脉冲以达到图所示的所需 测试电流（Id）。
第二步（2）是关闭第一个脉冲，这在自由轮二极管中产 生电流。关断周期很短，以保持电感中的负载电流尽可能 接 近 恒 定值。图显 示 低 侧 MOSFET 上的 Id 在 第二步 归零；然而，电流通过电感和高侧二极管流动。这可以在图中看到，电流通过高侧 MOSFET（未被开通的 MOSFET）的二极管流动。
第三步（3）由第二次开通脉冲代表。脉冲宽度比第一次脉 冲短，以防设备过热。第二个脉冲需要足够长，以便进行 测量。图中看到的电流超调是由于高侧 MOSFET/IGBT 的自由轮二极管反向恢复所致。
然后在第一次脉冲的关断和第二次脉冲的开通时捕获关 断和开通时间测量。
下一部分将讨论测试设置和测量方式。
双脉冲测试设置下图展示了进行双脉冲测试的设备设置。需要以下设备：
AFG31000：连接到隔离门驱动器，并使用设备上的双脉 冲测试应用快速生成不同脉宽的脉冲。隔离门驱动器用于 开通 MOSFET。
示波器：4/5/6 系列 MSO（此设置使用 Tektronix 5 系列 MSO）：测量 VDS、VGS 和 ID。
示波器上的双脉冲测试软件：4/5/6 系列 MSO 上的 Opt. WBG-DPT，用于自动化测量。
用于低侧设备和高侧二极管反向恢复的探头：
低侧探测：
- Ch1：VDS - TPP 系列或 THDP/TMDP 系列电压探头
- Ch2：VGS - TPP 系列或带 MMCX 适配器尖端的 TIVP 隔 离探头。
- Ch3：ID - TCP 系列电流探头 高侧探测：
- Ch4：IRR - TCP 系列电流探头
- Ch5：VDS - THDP/TMDP 系列电压探头
直流电源：
高压电源： - EA-PSI 10000
可编程电源，最高 2 千伏，30 千瓦
2657A 高压源表单元（SMU），最高 3 千伏
2260B-800-2，可编程直流电源，最高 800 伏
门驱动电路电源： - 2230 系列或 2280S 系列直流电源
细心的探测和优化将帮助用户获得好的结果。用户可以 采取一 些 步骤 来 进 行准确 和可重 复的测量，如从 测量 中移除电压、电流和时间误差。如 4/5/6 系列 MSOs 的 WBG-DPT 选 项的自动化测量软件消除了手动步骤，节 省时间并提供可重复的结果。
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