【導讀】進(jìn)行雙脈沖測試的主要目的是獲得功率半導體的開(kāi)關(guān)特性，可以說(shuō)它伴隨著(zhù)功率器件從研發(fā)制造到應用的整個(gè)生命周期?；陔p脈沖測試獲得的器件開(kāi)關(guān)波形可以做很多事情，包括：通過(guò)對開(kāi)關(guān)過(guò)程的分析驗證器件設計方案并提出改進(jìn)方向、提取開(kāi)關(guān)特征參數制作器件規格書(shū)、計算開(kāi)關(guān)損耗和反向恢復損耗為電源熱設計提供數據支撐、不同廠(chǎng)商器件開(kāi)關(guān)特性的對比等。
測量延時(shí)的影響
被測信號在測量過(guò)程中會(huì )經(jīng)歷兩次延時(shí)，不同信號所經(jīng)歷延時(shí)的差別會(huì )對測量結果造成一定的影響。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 級別，對于 ns 級別的 ns、us 級別的功率器件開(kāi)關(guān)過(guò)程可以忽略不計。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 級別，此時(shí)對于開(kāi)關(guān)速度較快的器件就有明顯的影響了，特別是對于近幾年開(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)程測量為例來(lái)說(shuō)明測量延時(shí)的影響。
在下圖中，藍色波形為未對探頭進(jìn)行延時(shí)校準前獲得的波形（校準前波形），紅色波形為對探頭進(jìn)行延時(shí)校準后獲得的波形（校準后波形）。
按照理論，在開(kāi)通過(guò)程中，當 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 的下降應該幾乎在同一時(shí)刻開(kāi)始的。而在校準前波形中，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 信號超前 VDS 信號。而在進(jìn)行校準后，這一問(wèn)題得到了解決。
按照理論，在關(guān)斷過(guò)程中，VDS 的尖峰應該在IDS 過(guò)零附近。而在校準前波形中，IDS 過(guò)零5.5ns 后，VDS 才達到最高值。在進(jìn)行校準后，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，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?？梢钥吹介_(kāi)通延時(shí) td(on) 和關(guān)斷延遲 td(off) 校準前后有 2ns 左右差異，開(kāi)通時(shí)間 tr 和關(guān)斷時(shí)間 tf 校準前后幾乎不變，開(kāi)通能量 Eon 校準前395.31uJ 比校準后 147.53uJ 大了 1.67 倍，關(guān)斷能量 Eoff 校準前 20.28uJ 比校準后 70.54uJ小了 71.3%。
由此可見(jiàn)延時(shí)對于器件開(kāi)關(guān)特性的分析和參數計算有著(zhù)非常明顯的影響，在進(jìn)行測量之前，我們可以通過(guò)以下四種方法來(lái)進(jìn)行延時(shí)校準。
方法一 : 同時(shí)測量示波器自帶方波信號
校準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)測量同一電壓信號，然后再根據測量結果進(jìn)行校準即可。
我們可以利用示波器自帶的方波信號，一般在示波器側面板或前面板?？梢钥吹?，兩個(gè)探頭雖然都在測量示波器自帶方波，但在示波器屏幕上顯示的波形出現的延時(shí)，1 通道測量通路超前 2 通道測量通路 5.6ns。那么我們就可以在示波 器的通道設置菜單中設置 1 通道延時(shí)為 -5.6ns， 或設置 2 通道延時(shí)為 +5.6ns 完成校準。
方法二 : 示波器自帶功能校正
對于固定型號的電壓或者電流探頭，其延時(shí)是基本固定的，只要知道探頭型號就能夠直接進(jìn)行延時(shí)校準?，F在示波器的功能越來(lái)越強大，通過(guò)探頭的接口可以識別出探頭的型號，這樣示波器就可以直接自動(dòng)設備延時(shí)校準值。
方法三 : 延時(shí)校準夾具
仿照方法一中同時(shí)測量同一信號來(lái)校準不同電壓探頭延時(shí)差別的思路，測量同時(shí)變化的電壓和電流信號，就能夠校準電壓探頭和電流探頭之間的延時(shí)差別。很多示波器廠(chǎng)商基于此思路已經(jīng)推出了電壓、電流探頭延時(shí)校準夾具，方便工程師直接使用，而不用再自己做校準源。例如泰克的相差校正脈沖發(fā)生器信號源 TEK-DPG 和功率測量偏移校正夾具 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。按照理論，在開(kāi)通過(guò)程中 IDS 的上升與 VDS 的下降應 該幾乎在同一時(shí)刻開(kāi)始的。那么我們可以進(jìn)行不同測試條件下的雙脈沖測試，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)行校準即可。
來(lái)源：功率器件顯微鏡公眾號
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