【经验】SiC MOSFET双脉冲测试夹具为功率器件开关、功率等特性提供评估方案
双脉冲测试方法可以正确有效的评估Sic MOSFET等功率器件的开关行为，在电力电子设备的研发、生产中广泛应用。在特制的双脉冲测试夹具上，通过采集SiC MOSFET开通过程、关断过程的驱动电压、开关电压和电流波形，可以有效的评估SiC MOSFE的开通、关闭时间，器件应力，功率回路杂散电感等参量，以及根据测试数据计算导通电阻、开关损耗等，是了解SiC MOSFET开关特性的有效测试方法。本文介绍SiC MOSFET双脉冲测试原理以及WOLFSPEED公司推荐的测试夹具的原理、设计、使用要点。
一、SiC MOSFET双脉冲测试原理
测试原理如图1所示。测试时首先给SiC MOSFET（S2）栅极发送一个宽驱动脉冲，S2开通，此时电感L电流开始线性上升，该过程用来建立测试用电感电流，在实际测量时可以根据具体侧测试电流指标调节脉冲的宽度。第一个脉冲结束后，S2关断，电感电流通过S1二极管续流，此时可以通过测试波形评估SiC MOSFET的硬关断性能。在第二个脉冲到来之前有一段延时，此过程主要用于使SiC MOSFET漏源电压、漏极电流稳定，消除电压振铃、拖尾电流的影响，一般为3us。之后，给SiC MOSFET发送第二个驱动窄脉冲，S2再次开通，此时电感电流从S2续流，此过程可用于评估SiC MOSFET的硬开通性能。
图1. SiC MOSFET双脉冲测试原理图与栅极双脉冲驱动波形
二、测试夹具原理和硬件构成
由于SiC MOSFET开关速度高，电流电压变化率大，测试夹具中线路、器件的杂散电感、分布电容以及测试器件的使用均会对测试结果的准确性产生影响。针对此处的应用，世界领先的SiC功率器件制造商Wolfspeed公司推出SiC MOSFET双脉冲测试夹具方案，用于提高测试的准确性和减少工程师对器件的评估时间。测试夹具原理和成品如图2所示。
图2. Wolfspeed公司推出的测试夹具成品图和原理图
如图2所示，该方案采用9个4.7uF/1500V的薄膜电容作为供电电源（替代图1中Vdc的作用），D1为电感续流二极管，LOAD_LOW与LOAD_HIGH外接电感L，推荐值为850uH，可在外径4.5”的PVC管上用AWG 18的导线绕制107圈获得，此处采用空心电感是为了防止电感饱和，同时可获得SiC MOSFET良好的线性漏极电流。U1为SiC MOSFET驱动芯片，J8为待测SiC MOSFET插入端子。J7、J10分别为VGS、VDS测试BNC接头，采用BNC接头可以有效的降低测试线接地夹寄生电感引入的测试误差。J9为驱动脉冲输入BNC接头，可外接信号发生器产生测量所需的双脉冲。T1为ID漏极电流测量接头，该测量接头采用两级电流互感器测量构成。
三、两级电流互感器的设计要点
此处方案中ID漏电流测量采用两级电流互感器构成，第一级采用AWG 26的实心铜质绝缘导线，绕制在Ferroxcube TC9.5/4.8/3.2-3E27铁氧体磁环上（注：次级绕组输出应短路），匝比1：10，如图3所示。第二级选用皮尔森2878型电流互感器，该类传感器具有非常高的测量带宽，最终得100A=1V的比例因子。
图3. 电流探头第一级互感器
四、使用时的校准
为了达到精确测量的目的，测量时必须校准电压探头和电流探头，使它们均有相同的延时。两个电压探头校准方法是，只需将探头都接到同一个脉冲发生器输出端，通过示波器波形的观察，并在相应的通道补偿调节即可。VDS和ID电流探头校准时，将外部电感器移除，并用100欧姆低电感替代二极管D1，对电容充入适当的电压（该电压确保不会击穿100欧姆电阻），当SiC MOSFET驱动脉冲过来后，由于没有电感器， VDS和ID波形不会产生相移，通过对VDS和ID的测量波形，可以在示波器相关通道进行补偿。
五、采用双脉冲测试夹具的测试波形
测试的SIC MOSFET的VDS和ID导通、关断波形如图5所示，在开通和关断时ID电流有较明显的振荡，是由于输出电容和功率环路杂散电感引起。相对于硅基器件，该振荡过程更加明显，因为SiC MOSFET较低水平的拖尾电流。由于硅基器件拖尾电流较大，对这一振荡过程有抑制作用。
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