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芯片測(cè)試大講堂系列又和大家見面了。本期，我們來聊聊寬禁帶（WBG）半導(dǎo)體模塊的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試，以及是德科技新面市的雙脈沖測(cè)試（DPT）系統(tǒng)PD1550A。
前言：
2022年是汽車800V高壓快充元年，電動(dòng)汽車800V 高壓系統(tǒng)+超級(jí)快充，可以實(shí)現(xiàn)充電10 分鐘，續(xù)航300公里以上，能有效解決充電及續(xù)航焦慮；基于寬禁帶（WBG）器件組成的功率模塊是800V模組的核心，對(duì)其的動(dòng)態(tài)參數(shù)（DPT）測(cè)試也面臨很多挑戰(zhàn)。
本文中我們總結(jié)了目前在功率模塊DPT測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)，以及新的動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試黑科技。
1、功率半導(dǎo)體DPT測(cè)試面臨的挑戰(zhàn)
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^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)用來說，采用增加電壓或大電流來減少充電時(shí)間和延長續(xù)航能力尤為必要。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)功率模塊測(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)測(cè)量是至關(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。
2、是德科技動(dòng)態(tài)參數(shù)分析系統(tǒng)PD1550A
面對(duì)以上挑戰(zhàn)，是德科技在原有功率器件動(dòng)態(tài)器件測(cè)試經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，開發(fā)了針對(duì)功率模塊測(cè)試的PD1550A雙脈沖測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)很適用于做汽車OEM和一級(jí)電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)的小伙伴們，其特點(diǎn)總結(jié)如下：
1?高功率密度
新測(cè)試系統(tǒng)，電壓提高到1360 V，電流容量從200A增加到1000A，仍然使用同軸分流器作為電流傳感器，以保證高帶寬的電流測(cè)量，如下圖。
圖：PD1550A測(cè)試系統(tǒng)的電流容量
2?"真脈沖隔離探頭技術(shù)"
"真脈沖隔離探頭技術(shù)"的推出，能夠很好的解決上管柵極電壓Vgs測(cè)試的挑戰(zhàn)。新探頭的設(shè)計(jì)，能夠保證與其他探頭完全隔離，可以準(zhǔn)確測(cè)量半橋功率模塊中的上管Vgs。“真脈沖隔離探頭” 與其他隔離探頭相比，具有足夠的CMR，如圖1，和優(yōu)越的噪聲性能，如圖2。
圖1：探頭CMR特性曲線測(cè)試
圖2：探頭噪聲特性曲線測(cè)試
3?可定制非焊接的夾具板
與被測(cè)件連接的接口板是可以根據(jù)電源模塊的布局進(jìn)行定制的，如下圖是一個(gè)定制測(cè)試板的示意，夾具板在和被測(cè)件模塊連接時(shí)不需要焊接，但可以形成類似焊接的連接，這樣可以在多個(gè)被測(cè)件DUT上重復(fù)使用，可以有效的節(jié)省換件的時(shí)間，提高效率。
圖：可定制的測(cè)試夾具板示意
同時(shí)，在測(cè)量功率模塊時(shí)，柵極電阻（Rg）是很重要的組件，每個(gè)柵極電阻模塊都有一個(gè)EEPROM，其中包含電阻值等信息。使用動(dòng)態(tài)參數(shù)測(cè)試軟件，可以自動(dòng)識(shí)別電阻值并使用該值進(jìn)行測(cè)試，這樣可以極大的減少操作失誤，能夠進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性。
4?高低溫測(cè)量
PD1550A支持兩種類型的熱管理技術(shù)。
A. 熱板，允許的溫度范圍從室溫到200℃。
B. ThermoStream®技術(shù)，支持在-40℃的寒冷環(huán)境和200℃的高溫進(jìn)行測(cè)量，熱測(cè)試設(shè)備由系統(tǒng)軟件自動(dòng)控制，能夠很簡(jiǎn)單的獲得與溫度有關(guān)的特性參數(shù)。
5?對(duì)測(cè)試人員和設(shè)備進(jìn)行安全保護(hù)
進(jìn)行大電流和大電壓的測(cè)試，對(duì)被測(cè)件和操作人員的保護(hù)也是很重要的，PD1550A采用的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠確保只有在完全關(guān)閉的柜門的情況下，才能進(jìn)行下一步測(cè)試；在電路安全性設(shè)計(jì)方面，也通過了如 CSA、CE 和 KCC等測(cè)試，確保能夠最大限度的保護(hù)測(cè)試人員，待測(cè)模塊和測(cè)試設(shè)備。
