功率半導(dǎo)體DPT動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)-云帆興燁
高功率密度測(cè)試能力
功率模塊通常比分立功率器件具有更高的功率密度,因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)集合多個(gè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)芯片以增加電流。對(duì)于一些電動(dòng)車應(yīng)用來(lái)說(shuō),采用增加電壓或大電流來(lái)減少充電時(shí)間和延長(zhǎng)續(xù)航能力尤為必要。動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試設(shè)備必須具備對(duì)高壓高流的測(cè)試能力能力,才能更好的對(duì)WBG電源模塊進(jìn)行評(píng)估。
準(zhǔn)確測(cè)量上管Vgs
大多數(shù)電力電子應(yīng)用需要半橋結(jié)構(gòu)作為變頻器和轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ),根據(jù)不同的應(yīng)用,市面上常見(jiàn)的如二合一、四合一或六合一的配置。而對(duì)于分立器件的測(cè)試,如TO-247封裝,多數(shù)情況下只需要測(cè)試器件的下管即可評(píng)估其性能。然而,對(duì)于功率模塊,我們不能假定上管和下管的特性一致,需要同時(shí)對(duì)上管和下管進(jìn)行測(cè)量,以確定整個(gè)半橋模塊的特性,這是由于在半橋結(jié)構(gòu)中,上管與下管之間的結(jié)點(diǎn)處電壓是隨著開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)變化的。
這就意味著針對(duì)上管的測(cè)試非常具有挑戰(zhàn)性,尤其是在很低的柵極電壓情況下,如10~20V,當(dāng)源極上下切換時(shí),實(shí)現(xiàn)幾百伏的電壓轉(zhuǎn)換速率是極為困難的,除非使用高共模抑制測(cè)量技術(shù)。當(dāng)測(cè)量上管Vgs時(shí),高的共模抑制比是進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的重要參數(shù),而測(cè)量探頭的帶寬和噪聲也是能夠準(zhǔn)確測(cè)量的關(guān)鍵因素。
圖:上管Vgs測(cè)試示意
被測(cè)件DUT的焊接
評(píng)估功率模塊時(shí),電路板的布局需要仔細(xì)設(shè)計(jì),因?yàn)殡p脈沖測(cè)試(DPT)測(cè)試板集成了幾乎所有的雙脈沖測(cè)試元件,比如與電源模塊的連接器、柵極驅(qū)動(dòng)器、去耦電容以及電流測(cè)量模塊。而被測(cè)件通常被焊接到測(cè)試板上,以減少雜散電感。由于測(cè)試過(guò)程中反復(fù)焊接不同的待測(cè)件,使得對(duì)功率模塊的測(cè)量過(guò)程費(fèi)時(shí)費(fèi)力。
測(cè)試結(jié)果的一致性與操作的安全性
基于新一代寬禁帶器件組成的功率模塊,其電壓和電流的容限更高,對(duì)測(cè)試儀器的精度和安全性也要求更高,每次測(cè)試都需要對(duì)儀器進(jìn)行校準(zhǔn),使用傳統(tǒng)的硅(Si)功率器件的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試儀,或者函數(shù)發(fā)生器、電源、示波器和探頭集成的簡(jiǎn)易設(shè)備,已經(jīng)很難適應(yīng)新型的IGBT和SiC模塊測(cè)試需求;另外隨著功率模塊動(dòng)輒幾百伏的電壓和幾百安的電流容限,對(duì)測(cè)試人員和設(shè)備的保護(hù)也變得越來(lái)越重要。
評(píng)估模塊的結(jié)溫特性
功率模塊的溫度依賴性在動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試是至關(guān)重要的,因?yàn)槟K最終使用的場(chǎng)景往往要在惡劣的環(huán)境中進(jìn)行,比如炎熱的沙漠、潮濕的熱帶雨林或極度寒冷的高緯度地區(qū),測(cè)試系統(tǒng)也需要具備相應(yīng)的高低溫的測(cè)試能力。