SiC 器件的双脉冲测试探讨

双脉冲测试（DoublePulse Test）是一种在电路变换器设计早期，对功率器件进行开关性能测量的方法，它非常有助于在产品设计中，把控产品设计周期，节省产品推向市场的时间。本文通过几个方面的内容，讨论一下DPT的测试方法，安全注意事项，测试电压及电流的注意事项，及DPT测试的投入对应的产出等。

一.双脉冲测试的概念及测试方法

如前所述，DPT测试最主要的价值，在于在产品设计早期，在最差条件下去测试电路的性能，以评估开关器件的特性，它可以减小实际设计产品所面临的一些不可预期的风险。

图1 典型的双脉冲波形

典型的双脉冲波形如图1所示，通过调整功率器件的开通和关断时间，T1,T2,T3，则可以评估在不同的电流下的全范围运行条件，相当于在一种可控条件下去做这个测量。

图2 典型的DPT测试电路

典型的H桥DPT测试电路如图2所示，被测对象DUT是H桥左下的功率器件，例如，这是一个SiC mosfet器件，由图上可知，当电路处于开关状态时，它通过一系列测试设备去测试其源极电流，漏极电压，门级电压等，通过脉冲产生器可以调整T1,T2,T3的波形宽度，因此电感及开关电流也得到了调整，H桥左上的开关器件，例如，也是SiC mosfet，作为被测试SiC的互补开关，以同步整流方式运行，负载电感用于限制电流的上升率di/dt.在上述测试电路中，外加的DC电压是可以调整的。

此处，负载电感是DPT测试中的一个重要器件，对其的选型需要注意以下方面：

1. 需要注意在峰值测试电流下不能饱和

2. 电感的位置要远离测试设备，以免EMI干扰或者磁场耦合到驱动电路或者测试仪器

3. di/dt不要太小，以免开关时间太长大于200uS，影响开关性能

4. 电流脉冲太宽的话，温度会上升，影响开关性能

5. di/dt不要太大，否则开关时间T1,T2,T3小于10u的话，可能让开关不能充分导通或者关断

在选择电感时，需要严格审核是否满足以上条件，避免对测试结果的不好的影响。

大家可能会想，在上述图1的典型DPT波形中，为什么需要两个脉冲呢？实际上，通过控制T1和T2的时间，我们可以控制在T3时加在电感上的电流，相当于通过建立互补开关上的电流，而改变被测开关上的电流，这时候反向恢复的性能就可以很容易测到。

另外，值得说明的是，这里典型电路上是两个半桥组成的H桥，实际上，通过一个半桥连接负载电感，然后接在DC+或者DC-上，也可以测试开关性能。采用图2的典型电路，只是因为这是一些典型应用的拓扑（如三电平拓扑），它代表了实际应用的情况，当然，在不需要在两个桥之间切换负载电感时，也可以通过单个半桥连接电感，再连接到DC电源上，也可以得到精确的测试结果。

假设我们要测试性能的器件是左侧桥臂的上管呢？很显然地，在上述电路设置中，将相关电压和电流探头接到上管中，而下管还是按照原有方式进行开关，则可以测试到上管的性能波形，这个上管可以是开关管，也可以是续流二极管。

前面我们探讨了DPT测试的一些基本方法，接下来，我们从安全的角度看看应该注意哪些方面。

二.DPT测试的安全注意事项

在电路测试中，高电压本来就很危险，另外，当电路发生失效时，除了致命的高压会暴露之外，可能一些有害物质会喷射出来，如电解电容的电解质等。所以非常有必要将高压测试电路放在一个保护罩中，避免发生伤害，典型的高压电路保护罩，如图3所示。

图3 典型DPT测试保护罩

也可以通过警示灯来告诉实验操作者，有高压的裸露。除此之外，当安全门打开时，高压可能会裸露，那么会自动触发电路切断电源，并且给高压电容放电。

如下的一些安全操作规范一定要遵守

1. 一定要将高压电路放在保护罩中，避免偶然接触到高压，即使发生了失效，也会有一层保护屏障

2. 当需要操作高压电路时，必须断开高压电源，让高压电容放电，必要时加永久放电电阻

3. 正确的测试接地，如用差分探头测试高边器件的电压，且被测模块需要有良好的低阻抗接地路径

4. 如模块可能会失效，则确保高压电源一定要有限流功能

5. 不要单独去操作高压测试，遵守“同伴原则”，必要时，另外的人可提供急救

6. 确保对仪器使用者的正确的安全和急救培训

7. 确保断电按钮有清晰的标志且容易找到

特别注意的是，当需要测试器件的高温性能时，一定要注意防止烫伤，因为此时的器件温度会很高，

三．电压及电流的测试注意事项

在低边器件的测试时，可以使用单端探头，此时可以使用探针来尽可能地减小探头测试环路的电感，如图4所示。

图4 电压测试减小测试环路电感

同时，在测试探头上增加对信号的共模阻抗，可以通过在铁氧体磁芯上增加几圈探头绕线，如图5所示。

图5 增加共模阻抗的电压探头

当测试高边器件时，注意使用差分探头，由于接地端是高频dv/dt信号，因此探头的共模抑制比要高，减小对信号的影响。最基本的一个要求是，探头需要有足够的耐压避免过压损坏，或者说不要使被测电压高于电压探头的耐压。

测试电流信号时，注意在源极或者漏极接入电流传感器，此时需要尽可能地减小环路电感，或者引入噪声以避免使得信号畸变。

一种电流传感器是Pearson电流传感器，它的特点是精度高，带宽高，但是尺寸大，在测试中不容易得到小的回路电感，且它是金属外壳，不方便和高压进行隔离。

另外一种常用的电流传感器是Rogowski，罗氏线圈，它的特点是带宽比较高，达到15M-30M,且用示波器测试电流时，可以通过示波器补偿信号的delay，同时它的一个优势是小巧灵活，方便接到电路中，而保持小的测试回路电感。图7，8，9，10给出了四种典型的罗氏线圈测试场景，两种电流传感器的比较图如图6所示。