如何实现？双脉冲测试自动化方案与功率器件评估指南

当你为了**测量功率器件的开关损耗而反复调整测试设置，或者因手动处理数据效率低下而错过项目节点时，是否意识到双脉冲测试（DPT）的自动化已成为宽禁带半导体技术验证的关键瓶颈？这种"测不准、测不快"的困境，正是许多功率电子工程师在评估SiC和GaN器件时面临的典型挑战。

泰克科技推出的WBG-DPT双脉冲测试解决方案，通过全面的自动化功能彻底改变了传统测试流程。该方案在泰克4系、5系、6系MSO示波器上运行，支持对宽禁带器件（如SiC和GaN MOSFETs）提供自动可重复的高精度测量，将原本繁琐的测试时间从数小时缩短到几分钟，同时确保符合JEDEC和IEC标准。

为什么需要双脉冲测试自动化？

传统双脉冲测试面临操作复杂、耗时过长和结果一致性差三大痛点。手动进行双脉冲测试不仅需要丰富的经验，还容易引入人为误差，特别是在校正测试夹具和探头引入的延迟时，传统方法往往需要重新布线并进行谨慎的预测试测量。

测量精度需求是核心驱动力。宽禁带半导体器件开关速度极快，开关过程中的细微参数变化都会影响系统效率和可靠性。例如，SiC MOSFET的开关速度比硅基器件快5-10倍，要求测试系统具有更高的测量精度和时序分辨率。

效率提升压力同样关键。在竞争激烈的市场环境中，产品开发周期不断压缩。工程师需要快速获取准确的器件参数以便及时优化设计，手动测试方法显然无法满足这一需求。

标准符合性也不容忽视。JEDEC和IEC标准对双脉冲测试有明确规范，自动化方案可以确保测试过程严格符合标准要求，提高测试结果的可信度和可比性。

数据管理需求日益重要。现代功率器件开发需要收集和分析大量测试数据，自动化系统可以**管理这些数据，为器件建模和系统优化提供支持。

泰克WBG-DPT解决方案的核心功能

自动时延校正技术

WBG-DPT解决方案在业界率先提供WBG时延校正技术，不需要重新布线，甚至可以在进行双脉冲测量后执行。

传统校准技术要求重新对测试设置布线，并审慎地进行预测试测量。而泰克的创新方法通过软件生成校准波形来仿真时延在测试设置中的效果，工程师只需调节几个设置，就能使校准波形与测得波形匹配，软件会自动校正任何时延差。

这种新流程把时延校正时间从一小时缩短到5-10分钟，大大提高了测试效率。

反向恢复定时绘图

解决方案提供了反向恢复定时绘图功能，工程师可以更简便地查看叠加在一个画面上的多个脉冲的反向恢复细节。

这些测量满足JEDEC和IEC标准，用户可以在WBG解决方案中配置测量，查询双脉冲集中**个或第二个或所有脉冲的结果。这种独特的反向恢复绘图方法支持多个双脉冲集，对每个集合提供可视的测量结果。

在反向恢复区域可以简便缩放，甚至可以调试系统的反向恢复参数，为工程师提供了前所未有的分析能力。

全面参数测量

WBG-DPT软件可以瞬时测量主要参数，如EON、EOFF和QRR。该软件使功率波形和标记以可视化方式立即显示集成范围，用来计算电源损耗，相比把波形数据导入Excel表格中处理，提供了**的替代方案。

测试目标包括：

• 导通参数：导通延迟时间td(on)、VDS下降时间tf、导通时间ton、*大漏极电流ID、dv/dt、di/dt、导通能量Eon和动态导通电阻RDS(on)

• 关断参数：关断延迟时间td(off)、VDS上升时间tr、关断时间toff、*大漏源电压VDSM、dv/dt、di/dt、关断能量Eoff和输出电荷Qoss

• 反向恢复参数：反向恢复时间tr、反向恢复电流Ir、反向恢复电荷Qrr、反向恢复能量Err和正向导通电压VSD

输出电荷测量能力

由于功率转换器必须在各种条件下工作，业界越来越多地需要在不同结点温度下测量输出电荷（QOSS）。泰克WBG-DPT解决方案支持快速准确的QOSS测量功能，可以提供重要数据，了解器件输出电容的影响。

这一功能特别重要，因为输出电容直接影响器件的开关行为，尤其是在软开关应用中，准确了解QOSS对优化设计至关重要。

双脉冲测试的三个关键阶段

双脉冲测试分为三个重要阶段，每个阶段都有特定的测试目标和方法：

**阶段：建立目标测试电流

调整**个脉冲的宽度以通过负载电感提供所需的测试电流。这个阶段的目标是在被测器件中建立准确的目标电流，为后续的开关测量做准备。

第二阶段：**个脉冲的关断及测量

当Id已达到目标测试电流，并在功率器件关断时降至零。在这个阶段测量关断延迟(td(off))、下降时间(tf)、关断时间(toff)、关断能量(Eoff)、dv/dt和di/dt。

负载电流从负载电感流经续流二极管。关断时间保持较短以将负载电流维持在目标Id。

第三阶段：第二个脉冲的导通及测量

在此阶段进行导通测量，目标Id开始重新流入功率器件。导通期间的电流过冲是由于续流二极管反向恢复时的暂时过量电流。

第二个脉冲宽度仅保持足够长以确保稳定测量，同时避免过热，这是保证测量准确性的关键考虑因素。

自动化测试的实施步骤

**步：测试系统配置

搭建完整的双脉冲测试系统需要以下核心组件：

• 信号源：提供栅极驱动信号，通常使用任意/函数发生器（AFG），如AFG31000系列或内置在示波器中的AFG

• 直流电源：提供足够的漏极电压和电流，如EA-PSI 10000可编程电源或Keithley 2657A高压源测量单元

• 多通道数字示波器：用于采集和测量VDS、VGS和ID，如泰克5系列B MSO、4系列B MSO和6系列B MSO

• 专用探头：电压探头和电流探头对获得有效结果至关重要，泰克提供多种探头以满足不同测试需求

• 测试软件：双脉冲测试应用软件，如4、5和6系列B MSO的双脉冲测试软件Opt. WBG-DPT

第二步：测试参数设置

根据被测器件特性设置合适的测试条件：

• 电压等级：根据器件额定电压设置合适的测试电压

• 电流水平：设置目标测试电流，覆盖器件的典型工作范围

• 温度控制：根据需要设置结温测试条件，功率器件特性随温度变化显著

• 时序参数：合理设置脉冲宽度和间隔，确保准确捕获开关瞬态

第三步：自动校准执行

利用WBG-DPT软件的自动校准功能：

• 时延校准：使用WBG时延校正技术校准测试系统时延

• 探头补偿：对电压和电流探头进行补偿，确保幅度和相位准确

• 系统验证：使用已知器件验证测试系统准确性，确保测量可信度

第四步：测试执行与数据采集

执行自动化测试流程：

• 自动测试：软件控制整个测试流程，自动施加脉冲并采集数据

• 实时监控：实时显示关键波形和参数，便于及时发现问题

• 数据存储：自动保存测试数据和波形，便于后续分析和报告生成

第五步：结果分析与优化

基于测试结果进行设计优化：

• 参数提取：自动提取所有关键开关参数，生成参数表格

• 损耗分析：计算开关损耗和导通损耗，评估器件效率特性

• 设计迭代：根据测试结果优化驱动电路和拓扑参数，改进设计性能

探头选择与连接指南

正确的探头选择对获得准确结果至关重要。不同测试点需要不同的探头配置：

高侧开关测量

测量高侧开关器件时需要特别注意：

• 电压探头：使用高压差分探头测量漏源电压(VDS)

• 电流探头：使用高频电流探头测量漏极电流(ID)

• 隔离要求：确保探头具有良好的共模抑制比，避免地环路干扰

低侧开关测量

低侧开关测量相对简单，但仍需注意：

• 电压测量：可以使用单端探头，但需注意接地线引入的噪声

• 电流测量：电流探头位置应靠近器件，减少测量环路面积

• 同步触发：确保电压和电流测量良好同步，准确计算功率损耗

栅极驱动测量

栅极驱动波形测量对理解开关行为很重要：

• 高阻抗探头：使用高阻抗探头避免加载驱动电路

• 带宽要求：探头带宽应远高于驱动信号频率成分

• 延迟校准：准确测量驱动信号与功率回路的时序关系

二极管反向恢复测量

测量二极管反向恢复特性时需要特殊配置：

• 专用配置：需要特定的探头配置来准确捕获反向恢复过程

• 参数提取：软件自动提取反向恢复时间、电流和电荷等参数

• 分析工具：使用反向恢复定时绘图功能详细分析恢复过程

自动化方案的优势与价值

测试效率提升

自动化测试带来显著的效率提升：

• 时间节省：将时延校正时间从1小时缩短到5-10分钟

• 重复性：自动化测试确保结果的一致性和可重复性

• 批量测试：支持批量自动测试，提高测试吞吐量

• 错误减少：减少人为操作错误，提高测试可靠性

数据准确性改进

自动化测量提供更高的数据质量：

• 参数精度：自动算法提供更高精度的参数提取

• 时序准确：**捕获开关时序参数，时间分辨率达纳秒级

• 标准符合：确保测试严格符合JEDEC和IEC标准要求

• 结果可信：一致的测试方法提供可信赖的测试结果

设计优化支持

自动化测试为设计优化提供强大支持：

• 快速迭代：快速获取测试数据支持设计迭代优化

• 多条件测试：方便地进行多工作点测试，全面表征器件特性

• 趋势分析：长期收集测试数据，支持器件性能趋势分析

• 模型验证：提供准确数据验证器件模型的准确性

成本效益显著

自动化测试带来明显的成本优势：

• 人力成本：减少工程师测试时间，降低人力成本

• 设备利用：提高测试设备利用率，减少设备投资

• 开发周期：缩短产品开发周期，提前上市时间

• 质量提升：提高产品设计质量，减少后期修改成本

实际应用案例与效果

新能源汽车领域应用

在新能源汽车领域，双脉冲测试自动化方案正在发挥重要作用。某知名半导体企业使用泰克解决方案对其碳化硅模块进行动态性能分析，通过光隔离探头准确获取器件*真实的开关波形，并利用示波器自带的双脉冲分析软件，自动完成Eon、Eoff、Ton、Toff等动态参数的分析，同时还能针对二极管的反向恢复特性进行**测量，如Qrr或Trr等。

这帮助他们更加**地完成客户的应用测试需求，更快地响应和解决客户痛点，显著提升了产品开发效率。

太阳能逆变器优化

在太阳能逆变器领域，宽禁带器件的应用正在推动效率提升。某逆变器制造商采用自动化双脉冲测试方案，快速评估不同SiC MOSFET的开关特性，优化栅极驱动设计，*终将逆变器效率从传统的96%提升到98.5%以上。

工业电源设计

工业电源对可靠性和效率有严格要求。某电源制造商使用自动化测试平台，对其GaN功率器件进行全面特性评估，准确测量开关损耗和反向恢复特性，从而优化电源拓扑设计和热管理方案，实现了更高功率密度和更可靠的电源设计。

消费电子应用

即使在消费电子领域，自动化双脉冲测试也显示出价值。某手机快充制造商使用该方案测试GaN器件，优化开关频率和效率平衡，开发出体积更小、效率更高的充电器产品，获得了市场竞争优势。

未来发展趋势与展望

技术集成度提升

双脉冲测试技术将继续向更高集成度发展：

• 系统集成：测试系统将更加集成化，减少外部设备需求

• 智能分析：增加AI辅助分析功能，自动识别测试问题和优化建议

• 云连接：支持云端数据存储和分析，便于团队协作和数据管理

• 自动报告：自动生成测试报告，包含数据分析和设计建议

测量能力扩展

测试系统的测量能力将不断扩展：

• 更高电压：支持更高电压等级器件的测试，满足高压应用需求

• 更高温度：扩展高温测试能力，支持结温200°C以上的器件测试

• 更快速度：支持下一代超快开关器件的测试，时间分辨率进一步提升

• 多器件测试：支持多器件并联和模块化器件的测试需求

标准体系完善

测试标准体系将不断完善：

• 新标准制定：针对宽禁带器件特点制定更专门的测试标准

• 标准统一：推动全球标准统一，提高测试结果可比性

• 方法创新：发展新的测试方法，更准确表征器件特性

• 认证体系：建立自动化测试系统的认证体系，确保测试准确性

生态系统建设

围绕自动化测试的生态系统将更加完善：

• 工具链集成：与设计工具链更好集成，支持从设计到测试的无缝流程

• 数据共享：建立测试数据共享平台，促进行业经验积累

• 人才培养：加强人才培养，提高行业测试水平

• 开源社区：可能形成开源社区，共享测试方法和技术

**数据视角：根据功率电子行业测试数据，采用自动化双脉冲测试方案的企业，其器件评估效率比传统手动方法提高5-8倍，测试一致性提升60%以上，产品开发周期平均缩短30%。那些在2023年就采用泰克WBG-DPT解决方案的企业，在宽禁带器件应用开发中获得了明显的时间优势，预计到2026年，自动化双脉冲测试技术的渗透率将从当前的35%提升至70%以上。