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功率半導體DPT動態參數測試面臨的挑戰-云帆興燁

發表日期:2023/01/13 瀏覽次數:

高功率密度測試能力

功率模塊通常比分立功率器件具有更高的功率密度,因為其通過集合多個場效應晶體管(FET)芯片以增加電流。對于一些電動車應用來說,采用增加電壓或大電流來減少充電時間和延長續航能力尤為必要。動態參數測試設備必須具備對高壓高流的測試能力能力,才能更好的對WBG電源模塊進行評估。



準確測量上管Vgs

大多數電力電子應用需要半橋結構作為變頻器和轉換器的基礎,根據不同的應用,市面上常見的如二合一、四合一或六合一的配置。而對于分立器件的測試,如TO-247封裝,多數情況下只需要測試器件的下管即可評估其性能。然而,對于功率模塊,我們不能假定上管和下管的特性一致,需要同時對上管和下管進行測量,以確定整個半橋模塊的特性,這是由于在半橋結構中,上管與下管之間的結點處電壓是隨著開關動態變化的。

這就意味著針對上管的測試非常具有挑戰性,尤其是在很低的柵極電壓情況下,如10~20V,當源極上下切換時,實現幾百伏的電壓轉換速率是極為困難的,除非使用高共模抑制測量技術。當測量上管Vgs時,高的共模抑制比是進行準確測量的重要參數,而測量探頭的帶寬和噪聲也是能夠準確測量的關鍵因素。

動態參數測試

圖:上管Vgs測試示意


被測件DUT的焊接

評估功率模塊時,電路板的布局需要仔細設計,因為雙脈沖測試(DPT)測試板集成了幾乎所有的雙脈沖測試元件,比如與電源模塊的連接器、柵極驅動器、去耦電容以及電流測量模塊。而被測件通常被焊接到測試板上,以減少雜散電感。由于測試過程中反復焊接不同的待測件,使得對功率模塊的測量過程費時費力。


測試結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,對測試儀器的精度和安全性也要求更高,每次測試都需要對儀器進行校準,使用傳統的硅(Si)功率器件的動態參數測試儀,或者函數發生器、電源、示波器和探頭集成的簡易設備,已經很難適應新型的IGBT和SiC模塊測試需求;另外隨著功率模塊動輒幾百伏的電壓和幾百安的電流容限,對測試人員和設備的保護也變得越來越重要。


評估模塊的結溫特性

功率模塊的溫度依賴性在動態參數測試是至關重要的,因為模塊最終使用的場景往往要在惡劣的環境中進行,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,測試系統也需要具備相應的高低溫的測試能力。

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