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延時(shí)校準(zhǔn)、脈沖測試一定要做的事兒!

發(fā)布時(shí)間:2022-09-20 來源:泰克 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】進(jìn)行雙脈沖測試的主要目的是獲得功率半導(dǎo)體的開關(guān)特性,可以說它伴隨著功率器件從研發(fā)制造到應(yīng)用的整個(gè)生命周期?;陔p脈沖測試獲得的器件開關(guān)波形可以做很多事情,包括:通過對開關(guān)過程的分析驗(yàn)證器件設(shè)計(jì)方案并提出改進(jìn)方向、提取開關(guān)特征參數(shù)制作器件規(guī)格書、計(jì)算開關(guān)損耗和反向恢復(fù)損耗為電源熱設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐、不同廠商器件開關(guān)特性的對比等。


測量延時(shí)的影響


被測信號在測量過程中會(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(jié)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 級別的功率器件開關(guān)過程可以忽略不計(jì)。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 開關(guān)過程測量為例來說明測量延時(shí)的影響。


在下圖中,藍(lán)色波形為未對探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)前獲得的波形(校準(zhǔn)前波形),紅色波形為對探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)后獲得的波形(校準(zhǔn)后波形)。


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按照理論,在開通過程中,當(dāng) IDS 開始上升時(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(yīng)該幾乎在同一時(shí)刻開始的。而在校準(zhǔn)前波形中,IDS 開始上升時(shí),VDS 保持不變,在一段 5.5ns 延時(shí)后才開始下降。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(zhǔn)后,這一問題得到了解決。


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按照理論,在關(guān)斷過程中,VDS 的尖峰應(yīng)該在IDS 過零附近。而在校準(zhǔn)前波形中,IDS 過零5.5ns 后,VDS 才達(dá)到最高值。在進(jìn)行校準(zhǔn)后,這一問題也得到了解決。


同時(shí)我們還整理出開關(guān)特性參數(shù),包括:開通延時(shí) td(on)、開通時(shí)間 tr、開通能量 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_通延時(shí) td(on) 和關(guān)斷延遲 td(off) 校準(zhǔn)前后有 2ns 左右差異,開通時(shí)間 tr 和關(guān)斷時(shí)間 tf 校準(zhǔn)前后幾乎不變,開通能量 Eon 校準(zhǔn)前395.31uJ 比校準(zhǔn)后 147.53uJ 大了 1.67 倍,關(guān)斷能量 Eoff 校準(zhǔn)前 20.28uJ 比校準(zhǔn)后 70.54uJ小了 71.3%。


由此可見延時(shí)對于器件開關(guān)特性的分析和參數(shù)計(jì)算有著非常明顯的影響,在進(jìn)行測量之前,我們可以通過以下四種方法來進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)。


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方法一 : 同時(shí)測量示波器自帶方波信號


校準(zhǔn)不同電壓探頭之間的延時(shí)差別非常簡單, 只需要同時(shí)測量同一電壓信號,然后再根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)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(cè)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(xiàn)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(shè)置菜單中設(shè)置 1 通道延時(shí)為 -5.6ns, 或設(shè)置 2 通道延時(shí)為 +5.6ns 完成校準(zhǔn)。


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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(zhǔn)?,F(xiàn)在示波器的功能越來越強(qiáng)大,通過探頭的接口可以識(shí)別出探頭的型號,這樣示波器就可以直接自動(dòng)設(shè)備延時(shí)校準(zhǔn)值。


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方法三 : 延時(shí)校準(zhǔn)夾具


仿照方法一中同時(shí)測量同一信號來校準(zhǔn)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(zhǔn)電壓探頭和電流探頭之間的延時(shí)差別。很多示波器廠商基于此思路已經(jīng)推出了電壓、電流探頭延時(shí)校準(zhǔn)夾具,方便工程師直接使用,而不用再自己做校準(zhǔn)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。


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方法四 : 利用器件開關(guān)特征


如果受限于手頭設(shè)備,我們還可以通過上邊提到的器件開關(guān)過程的特征來進(jìn)行校準(zhǔn)。按照理論,在開通過程中 IDS 的上升與 VDS 的下降應(yīng) 該幾乎在同一時(shí)刻開始的。那么我們可以進(jìn)行不同測試條件下的雙脈沖測試,讀出每次開通過程中 IDS 與 VDS 之間的延時(shí),然后去平均值后進(jìn)行校準(zhǔn)即可。


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來源:功率器件顯微鏡公眾號


關(guān)于泰克科技


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