反向恢复时间(trr):测量从正向导通到反向截止时,电流恢复到零的时间。
3. 安全工作区(SOA)测试:
确定器件的安全工作区,测试功率器件在何种电压和电流组合下能够正常工作,确保在实际应用中,器件的工作电压和电流不会超出安全范围,出现过热、击穿或其他损坏现象。
以上只是功率器件中部分共同的测试项目,在实际测试测量中要根据器件本身的特性,准备测试设备并搭建测试电路,对器件的各个参数进行测试。
03 解决方案-双脉冲测试
双脉冲测试是进行MOSFET和IGBT动态参数测量的常用方法,利用该测试可以更好地评估功率器件的特性,对功率器件开关损耗、电压电流尖峰值、寄生参数等特性进行评估,以了解产品的长期可靠性,方便后续产品的优化。
在测试中,需要两个脉宽不同的电压脉冲。第一个脉冲用于建立初始状态,预热电路使电路中的其他元件达到相对稳定的工作温度,减少温度变化对测试结果的影响,同时为电路中的电感建立一定的电流,为第二个脉冲的测试创造条件。
第二个脉冲用于测试功率器件的动态特性,此时利用示波器和差分探头测试器件开关时的电压和电流参数,在第一个脉冲的下降沿观测功率器件的关断过程,第二个脉冲的上升沿观测开通的过程,简化的双脉冲测试电路如图1所示。
图1 双脉冲测试电路简化示例
双脉冲测试通常以半桥形式进行测试,如要减少测试过程中可能产生的电场干扰等因素的影响,可以采用全桥结构进行测试。
半桥中上管保持常闭状态且并联一个电感,在下管门极中发送双脉冲,检测下管两端的电压Vce和集电极电流Ic,在双脉冲驱动的短暂开通关断过程中进行功率器件各参数的测试,双脉冲测试中的基本波形如图2所示。
图2 双脉冲测试基本波形示例
图2的蓝色波形为门极发送的双脉冲波形,绿色波形为下管两端的电压Vce,黑色的波形是测试到的下管集电极电流Ic。
在t0时刻门极第一个脉冲到达,此时下管的IGBT进入饱和导通状态,电压加在电感上,电感产生的电流线性上升,电流的数值由电压和电感共同决定,在两者都确定的情况下,第一个脉冲持续时间越长,开启时间越长,产生的电流也越大。
进入t1时刻后,第一个脉冲结束,下管关断,此时电感中的电流由上管中的二极管进行续流,该电流缓慢进行衰减,此时的电流探头若放置在下管发射极处,将不会观测到二极管续流时的电感电流。
在t2时刻,第二个脉冲到达,下管再次被导通,续流二极管进入反向恢复,反向恢复电流同样流过下管IGBT中,在下管集电极处的电流探头能够捕捉到这一瞬的电流尖峰。
在t3时刻,第二个脉冲结束,下管关断,此时电流较大且由于杂散电感的存在,电压出现尖峰。
以上步骤即是双脉冲测试中完整的测试过程,其中可以测得IGBT的反向恢复时间、上升时间、下降时间等参数,部分可测得参数图3所示,其中的开关损耗参数借助示波器的函数运算功能可以计算得到,对电压和电流信号的乘积进行规定时间内的积分可得到损耗值。
开通损耗的积分区间为门极电压上升的10%到Vce电压下降至2%的区间内,关断损耗的积分区间为门极电压下降至90%时到电流降至2%的区间内。
图3 双脉冲测试中部分可测参数