延時(shí)校準(zhǔn)、脈沖測試一定要做的事兒！

進(jìn)行雙脈沖測試的主要目的是獲得功率半導(dǎo)體的開關(guān)特性，可以說它伴隨著功率器件從研發(fā)制造到應(yīng)用的整個(gè)生命周期。基于雙脈沖測試獲得的器件開關(guān)波形可以做很多事情，包括：通過對開關(guān)過程的分析驗(yàn)證器件設(shè)計(jì)方案并提出改進(jìn)方向、提取開關(guān)特征參數(shù)制作器件規(guī)格書、計(jì)算開關(guān)損耗和反向恢復(fù)損耗為電源熱設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐、不同廠商器件開關(guān)特性的對比等。

測量延時(shí)的影響

被測信號在測量過程中會經(jīng)歷兩次延時(shí)，不同信號所經(jīng)歷延時(shí)的差別會對測量結(jié)果造成一定的影響。一次延時(shí)是示波器模擬前端的延時(shí)，索性示波器不同通道間延時(shí)差別在 ps 級別，對于 ns 級別的 ns、us 級別的功率器件開關(guān)過程可以忽略不計(jì)。另一次是探頭的延時(shí)，不同的探頭直接的延時(shí)差別在 ns 級別，此時(shí)對于開關(guān)速度較快的器件就有明顯的影響了，特別是對于近幾年開始逐漸推廣使用的 SiC 和 GaN 器件影響就更大了。

我們以 SiC MOSFET 開關(guān)過程測量為例來說明測量延時(shí)的影響。

在下圖中，藍(lán)色波形為未對探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)前獲得的波形（校準(zhǔn)前波形），紅色波形為對探頭進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)后獲得的波形（校準(zhǔn)后波形）。

按照理論，在開通過程中，當(dāng) IDS 開始上升時(shí)，會在回路寄生電感上產(chǎn)生壓降，這會使 VDS 有所下降，IDS 的上升與 VDS 的下降應(yīng)該幾乎在同一時(shí)刻開始的。而在校準(zhǔn)前波形中，IDS 開始上升時(shí)，VDS 保持不變，在一段 5.5ns 延時(shí)后才開始下降。這一情況與理論明顯不符合，可以推斷此時(shí) IDS 信號超前 VDS 信號。而在進(jìn)行校準(zhǔn)后，這一問題得到了解決。

按照理論，在關(guān)斷過程中，VDS 的尖峰應(yīng)該在IDS 過零附近。而在校準(zhǔn)前波形中，IDS 過零5.5ns 后，VDS 才達(dá)到最高值。在進(jìn)行校準(zhǔn)后，這一問題也得到了解決。

同時(shí)我們還整理出開關(guān)特性參數(shù)，包括：開通延時(shí) td(on)、開通時(shí)間 tr、開通能量 Eon、關(guān)斷延時(shí) td(off)、關(guān)斷時(shí)間 tf、關(guān)斷能量 Eoff。可以看到開通延時(shí) td(on) 和關(guān)斷延遲 td(off) 校準(zhǔn)前后有 2ns 左右差異，開通時(shí)間 tr 和關(guān)斷時(shí)間 tf 校準(zhǔn)前后幾乎不變，開通能量 Eon 校準(zhǔn)前395.31uJ 比校準(zhǔn)后 147.53uJ 大了 1.67 倍，關(guān)斷能量 Eoff 校準(zhǔn)前 20.28uJ 比校準(zhǔn)后 70.54uJ小了 71.3%。

由此可見延時(shí)對于器件開關(guān)特性的分析和參數(shù)計(jì)算有著非常明顯的影響，在進(jìn)行測量之前，我們可以通過以下四種方法來進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)。

方法一 : 同時(shí)測量示波器自帶方波信號

校準(zhǔn)不同電壓探頭之間的延時(shí)差別非常簡單， 只需要同時(shí)測量同一電壓信號，然后再根據(jù)測量結(jié)果進(jìn)行校準(zhǔn)即可。

我們可以利用示波器自帶的方波信號，一般在示波器側(cè)面板或前面板。可以看到，兩個(gè)探頭雖然都在測量示波器自帶方波，但在示波器屏幕上顯示的波形出現(xiàn)的延時(shí)，1 通道測量通路超前 2 通道測量通路 5.6ns。那么我們就可以在示波 器的通道設(shè)置菜單中設(shè)置 1 通道延時(shí)為 -5.6ns， 或設(shè)置 2 通道延時(shí)為 +5.6ns 完成校準(zhǔn)。

方法二 : 示波器自帶功能校正

對于固定型號的電壓或者電流探頭，其延時(shí)是基本固定的，只要知道探頭型號就能夠直接進(jìn)行延時(shí)校準(zhǔn)?，F(xiàn)在示波器的功能越來越強(qiáng)大，通過探頭的接口可以識別出探頭的型號，這樣示波器就可以直接自動(dòng)設(shè)備延時(shí)校準(zhǔn)值。

方法三 : 延時(shí)校準(zhǔn)夾具

仿照方法一中同時(shí)測量同一信號來校準(zhǔn)不同電壓探頭延時(shí)差別的思路，測量同時(shí)變化的電壓和電流信號，就能夠校準(zhǔn)電壓探頭和電流探頭之間的延時(shí)差別。很多示波器廠商基于此思路已經(jīng)推出了電壓、電流探頭延時(shí)校準(zhǔn)夾具，方便工程師直接使用，而不用再自己做校準(zhǔn)源。例如泰克的相差校正脈沖發(fā)生器信號源 TEK-DPG 和功率測量偏移校正夾具 067-1686-03。

方法四 : 利用器件開關(guān)特征

如果受限于手頭設(shè)備，我們還可以通過上邊提到的器件開關(guān)過程的特征來進(jìn)行校準(zhǔn)。按照理論，在開通過程中 IDS 的上升與 VDS 的下降應(yīng) 該幾乎在同一時(shí)刻開始的。那么我們可以進(jìn)行不同測試條件下的雙脈沖測試，讀出每次開通過程中 IDS 與 VDS 之間的延時(shí)，然后去平均值后進(jìn)行校準(zhǔn)即可。

內(nèi)容來源：功率器件顯微鏡公眾號

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