为了评估功率器件的动态参数，通常采取的测量方法是双脉冲测试。那什么是双脉冲测试呢？顾名思义，是通过两个脉冲，去控制器件的开关，然后测试在开关过程中的一些参数指标。
双脉冲测试原理
如下图1，是一个双脉冲测试原理图。
将双脉冲电压加在在DUT的VGS上。当第一个脉冲施加之后，DUT处于导通状态，而上面的管子一直处于关闭状态，那么电流就顺着红色箭头的方向，通过电感从上往下流过DUT，由于电感的电流不能瞬变，所以导通电流有一个从零开始逐渐增加到最大的过程。
电流上升的斜率可以用U/L得到。如母线电压是1000V，电感是100uH，那么电流从零上升到100A的时间就是10us。
当电流达到最大（如100A），那就可以把DUT关闭了，那DUT管子会直接断开。这时可以测试管子关断过程中的一些参数，比如关断时间、关断损耗、关断时的VDS震荡等。
那么在关断期间，由于电感的电流不能瞬变，所以这个电流会继续顺着箭头的方向进行续流，所以上面这个管子又叫续流管。那这个过程中由于时间非常短，我们可以认为电感上的电流是不变的。
以上就是双脉冲测试的原理。
今天Keysight为您总结了目前在功率模块DPT测试面临的挑战，以及新的宽禁带半导体双脉冲测试方案。
宽禁带半导体也被称为第三代半导体，那第一代、第二代以及第三代分别是哪些半导体材料？应用领域又有哪些呢？我们简单介绍如下：
第一代元素半导体，主要包括以硅（Si）、锗（Ge）为代表的单质半导体，其中锗最先被研究且应用，但由于其造价较高，稳定性较差，主要应用于部分发光二极管、太阳能电池中。硅基材料是目前主流逻辑芯片和功率器件的基础，以硅基半导体材料开创了功率半导体元器件MOSFET和IGBT等为代表的固态电子时代，也是目前电力电子领域应用最为广泛的半导体材料。
第二代化合物半导体，主要指二元/三元化合物半导体材料，如砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），其主要用于制作高速、高频、大功率以及发光电子器件，是制作高性能微波、毫米波器件及发光器件，应用领域主要包括卫星通信、移动通信、光通信、GPS导航等。
第三代宽禁带半导体，主要包括碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）、氧化锌（ZnO）、金刚石、氮化铝（AlN）等，优点是禁带宽度大（>2.2ev）、击穿电场高、热导率高、抗辐射能力强、发光效率高、频率高，可用于于高温、高频、抗辐射及大功率器件，也是目前国家大力发展的新型半导体器件。
双脉冲测试可以帮助工程师评估电机控制器中功率器件的开关速度、开关损耗、电压和电流波形等关键参数，进而优化电机控制器的设计。但在双脉冲测试中，上管Vgs的测量是一个技术难点，它要求我们的测量系统不仅需要具有高带宽特性，还需要更高的共模抑制能力。
高功率密度测试能力
功率模块通常比分立功率器件具有更高的功率密度，因为其通过集合多个场效应晶体管（FET）芯片以增加电流。对于一些电动车应用来说，采用增加电压或大电流来减少充电时间和延长续航能力尤为必要。测试设备必须具备对高压高流的测试能力能力，才能更好的对WBG宽禁带电源模块进行评估。
准确测量上管Vgs
大多数电力电子应用需要半桥结构作为变频器和转换器的基础，根据不同的应用，市面上常见的如二合一、四合一或六合一的配置。而对于分立器件的测试，如TO-247封装，多数情况下只需要测试器件的下管即可评估其性能。然而，对于功率模块，我们不能假定上管和下管的特性一致，需要同时对上管和下管进行测量，以确定整个半桥模块的特性，这是由于在半桥结构中，上管与下管之间的结点处电压是随着开关动态变化的。
这就意味着针对上管的测试非常具有挑战性，尤其是在很低的栅极电压情况下，如10~20V，当源极上下切换时，实现几百伏的电压转换速率是极为困难的，除非使用高共模抑制测量技术。当测量上管Vgs时，高的共模抑制比是进行准确测量的重要参数，而测量探头的带宽和噪声也是能够准确测量的关键因素。
被测件DUT的焊接
评估功率模块时，电路板的布局需要仔细设计，因为双脉冲测试（DPT）测试板集成了几乎所有的双脉冲测试元件，比如与电源模块的连接器、栅极驱动器、去耦电容以及电流测量模块。而被测件通常被焊接到测试板上，以减少杂散电感。由于测试过程中反复焊接不同的待测件，使得对功率模块的测量过程费时费力。
测试结果的一致性与操作的安全性
基于新一代宽禁带器件组成的功率模块，其电压和电流的容限更高，对测试仪器的精度和安全性也要求更高，每次测试都需要对仪器进行校准，使用传统的硅(Si)功率器件的动态功率模块测试仪，或者函数发生器、电源、示波器和探头集成的简易设备，已经很难适应新型的IGBT模块测试需求；另外随着功率模块动辄几百伏的电压和几百安的电流容限，对测试人员和设备的保护也变得越来越重要。
评估模块的结温特性
功率模块的温度依赖性在动态测量是至关重要的，因为模块最终使用的场景往往要在恶劣的环境中进行，比如炎热的沙漠、潮湿的热带雨林或极度寒冷的高纬度地区，测试系统也需要具备相应的高低温的测试能力。
随着各个JEDEC委员会致力于推动WBG宽禁带器件表征的标准化，DPT双脉冲测试方法已成为确定功率半导体性能参数的标杆。
该双脉冲测试步骤如下：
• 闭合 S1，使高压电源向 C1（直流支撑电容器）和 C2（去耦电容器）充电。
• 打开 S1，T2 开通，使 C1 可以向电感器 L 充电。使用脉冲长度确定 ID 的阈值。
• T2 随后关断，此时可以确定 T2 的关断特性。T1 中的续流二极管会保持 ID。
• T2 再次开通，此时可以确定 T2 的开通特性。
参考常见双脉冲测试动态参数, 评估模块性能
使用双脉冲测试还可以测量反向恢复，不过负载电感器现在通过 T2 来切换，由 T1 向电感器充电。在 T1 关断后， T2 中的体二极管导通。当 T1 再次开通后，此时可以测量 T2 的反向恢复。
下图7展示了双脉冲测试期间，DUT上的VDS、VGS和IS的测量结果。
那动态参数除了包含开启、关断过程中的时间、损耗等参数之外，还包括反向恢复参数。
那测试反向恢复参数的时候，原理图还是一样的，只是需要把电感并联在DUT的两端，然后把双脉冲信号加在上管上，因此DUT一直处于断开状态。
上管打开之后，电流会经过电感从上往下流动；当电流达到最大，关闭上管，那由于电感的电流不能瞬变，所以电感上的电流会流过DUT，方向是从下往上。
然后再打开上管。这时候，DUT两端有 一个正向的电压，但是同时有反向的电流在流动，所以这个过程正好就是反向恢复的过程，可以测试方向恢复的相关参数。
推荐阅读：电动汽车的仿真测试
“设计和测试工程师正在转向仿真技术，以缩短设计验证周期并降低电动汽车 (EV) 的测试成本。详细了解帮助汽车制造商及其一级供应商设计和开发更好的 EV 电池、动力总成以及 EV 和充电站之间的充电互操作性的仿真工具。”
MOS参数术语
极限参数
ID 最大漏源电流指场效应管正常工作时,漏源间所允许通过的最大电流。场效应管的工作电流不应超过 ID。此参数会随结温度的上升而有所减额。
IDM最大脉冲漏源电流体现一个抗冲击能力，跟脉冲时间也有关系，此参数会随结温度的上升而有所减额。
PD最大耗散功率是指场效应管性能不变坏时所允许的最大漏源耗散功率.使用时,场效应管实际功耗应小于 PDSM 并留有一定余量.此参数一般会随结温度的上升而有所减额。
VGS 最大栅源电压。一般为：-20V~+20V
Tj最大工作结温。通常为 150 ℃或 175 ℃ ,器件设计的工作条件下须确应避免超过这个温度,并留有一定裕量。
TSTG存储温度范围。
静态参数
V(BR)DSS 漏源击穿电压是指栅源电压 VGS 为 0 时，场效应管正常工作所能承受的最大漏源电压。这是一项极限参数,加在场效应管上的工作电压必须小于 V(BR)DSS 。它具有正温度特性.故应以此参数在低温条件下的值作为安全考虑， 加负压更好。
△V(BR)DSS/ △ Tj : 漏源击穿电压的温度系数，一般为 0.1V/ ℃。
RDS(on) :在特定的 VGS (一般为 10V )、结温及漏极电流的条件下， MOSFET 导通时漏源间的最大阻抗。它是一个非常重要的参数,决定了 MOSFET 导通时的消耗功率.此参数一般会随结温度的上升而有所增大（正温度特性）。 故应以此参数在最高工作结温条件下的值作为损耗及压降计算。
VGS(th) 开启电压(阀值电压)。当外加栅极控制电压 VGS超过 VGS(th) 时,漏区和源区的表面反型层形成了连接的沟道。应用中，常将漏极短接条件下 ID 等于 1 毫安时的栅极电压称为开启电压。此参数一般会随结温度的上升而有所降低。
IDSS :饱和漏源电流,栅极电压 VGS=0 、 VDS 为一定值时的漏源电流.一般在微安级。
IGSS :栅源驱动电流或反向电流。由于 MOSFET 输入阻抗很大，IGSS 一般在纳安级。
动态参数
gfs 跨导是指漏极输出电流的变化量与栅源电压变化量之比，是栅源电压对漏极电流控制能力大小的量度。
Qgs栅源充电电量。
是德科技 www.keysight.com.cn
