雙脈沖測(cè)試（DoublePulse Test）是一種在電路變換器設(shè)計(jì)早期，對(duì)功率器件進(jìn)行開關(guān)性能測(cè)量的方法，它非常有助于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，把控產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，節(jié)省產(chǎn)品推向市場(chǎng)的時(shí)間。本文通過幾個(gè)方面的內(nèi)容，討論一下DPT的測(cè)試方法，安全注意事項(xiàng)，測(cè)試電壓及電流的注意事項(xiàng)，及DPT測(cè)試的投入對(duì)應(yīng)的產(chǎn)出等。

一.雙脈沖測(cè)試的概念及測(cè)試方法

如前所述，DPT測(cè)試最主要的價(jià)值，在于在產(chǎn)品設(shè)計(jì)早期，在最差條件下去測(cè)試電路的性能，以評(píng)估開關(guān)器件的特性，它可以減小實(shí)際設(shè)計(jì)產(chǎn)品所面臨的一些不可預(yù)期的風(fēng)險(xiǎn)。

圖1 典型的雙脈沖波形

典型的雙脈沖波形如圖1所示，通過調(diào)整功率器件的開通和關(guān)斷時(shí)間，T1,T2,T3，則可以評(píng)估在不同的電流下的全范圍運(yùn)行條件，相當(dāng)于在一種可控條件下去做這個(gè)測(cè)量。

圖2 典型的DPT測(cè)試電路

典型的H橋DPT測(cè)試電路如圖2所示，被測(cè)對(duì)象DUT是H橋左下的功率器件，例如，這是一個(gè)SiC mosfet器件，由圖上可知，當(dāng)電路處于開關(guān)狀態(tài)時(shí)，它通過一系列測(cè)試設(shè)備去測(cè)試其源極電流，漏極電壓，門級(jí)電壓等，通過脈沖產(chǎn)生器可以調(diào)整T1,T2,T3的波形寬度，因此電感及開關(guān)電流也得到了調(diào)整，H橋左上的開關(guān)器件，例如，也是SiC mosfet，作為被測(cè)試SiC的互補(bǔ)開關(guān)，以同步整流方式運(yùn)行，負(fù)載電感用于限制電流的上升率di/dt.在上述測(cè)試電路中，外加的DC電壓是可以調(diào)整的。

此處，負(fù)載電感是DPT測(cè)試中的一個(gè)重要器件，對(duì)其的選型需要注意以下方面：

1. 需要注意在峰值測(cè)試電流下不能飽和

2. 電感的位置要遠(yuǎn)離測(cè)試設(shè)備，以免EMI干擾或者磁場(chǎng)耦合到驅(qū)動(dòng)電路或者測(cè)試儀器

3. di/dt不要太小，以免開關(guān)時(shí)間太長(zhǎng)大于200uS，影響開關(guān)性能

4. 電流脈沖太寬的話，溫度會(huì)上升，影響開關(guān)性能

5. di/dt不要太大，否則開關(guān)時(shí)間T1,T2,T3小于10u的話，可能讓開關(guān)不能充分導(dǎo)通或者關(guān)斷

在選擇電感時(shí)，需要嚴(yán)格審核是否滿足以上條件，避免對(duì)測(cè)試結(jié)果的不好的影響。

大家可能會(huì)想，在上述圖1的典型DPT波形中，為什么需要兩個(gè)脈沖呢？實(shí)際上，通過控制T1和T2的時(shí)間，我們可以控制在T3時(shí)加在電感上的電流，相當(dāng)于通過建立互補(bǔ)開關(guān)上的電流，而改變被測(cè)開關(guān)上的電流，這時(shí)候反向恢復(fù)的性能就可以很容易測(cè)到。

另外，值得說明的是，這里典型電路上是兩個(gè)半橋組成的H橋，實(shí)際上，通過一個(gè)半橋連接負(fù)載電感，然后接在DC+或者DC-上，也可以測(cè)試開關(guān)性能。采用圖2的典型電路，只是因?yàn)檫@是一些典型應(yīng)用的拓?fù)洌ㄈ缛娖酵負(fù)洌?，它代表了?shí)際應(yīng)用的情況，當(dāng)然，在不需要在兩個(gè)橋之間切換負(fù)載電感時(shí)，也可以通過單個(gè)半橋連接電感，再連接到DC電源上，也可以得到精確的測(cè)試結(jié)果。

假設(shè)我們要測(cè)試性能的器件是左側(cè)橋臂的上管呢？很顯然地，在上述電路設(shè)置中，將相關(guān)電壓和電流探頭接到上管中，而下管還是按照原有方式進(jìn)行開關(guān)，則可以測(cè)試到上管的性能波形，這個(gè)上管可以是開關(guān)管，也可以是續(xù)流二極管。

前面我們探討了DPT測(cè)試的一些基本方法，接下來，我們從安全的角度看看應(yīng)該注意哪些方面。

二.DPT測(cè)試的安全注意事項(xiàng)

在電路測(cè)試中，高電壓本來就很危險(xiǎn)，另外，當(dāng)電路發(fā)生失效時(shí)，除了致命的高壓會(huì)暴露之外，可能一些有害物質(zhì)會(huì)噴射出來，如電解電容的電解質(zhì)等。所以非常有必要將高壓測(cè)試電路放在一個(gè)保護(hù)罩中，避免發(fā)生傷害，典型的高壓電路保護(hù)罩，如圖3所示。

圖3 典型DPT測(cè)試保護(hù)罩

也可以通過警示燈來告訴實(shí)驗(yàn)操作者，有高壓的裸露。除此之外，當(dāng)安全門打開時(shí)，高壓可能會(huì)裸露，那么會(huì)自動(dòng)觸發(fā)電路切斷電源，并且給高壓電容放電。

如下的一些安全操作規(guī)范一定要遵守

1. 一定要將高壓電路放在保護(hù)罩中，避免偶然接觸到高壓，即使發(fā)生了失效，也會(huì)有一層保護(hù)屏障

2. 當(dāng)需要操作高壓電路時(shí)，必須斷開高壓電源，讓高壓電容放電，必要時(shí)加永久放電電阻

3. 正確的測(cè)試接地，如用差分探頭測(cè)試高邊器件的電壓，且被測(cè)模塊需要有良好的低阻抗接地路徑

4. 如模塊可能會(huì)失效，則確保高壓電源一定要有限流功能

5. 不要單獨(dú)去操作高壓測(cè)試，遵守“同伴原則”，必要時(shí)，另外的人可提供急救

6. 確保對(duì)儀器使用者的正確的安全和急救培訓(xùn)

7. 確保斷電按鈕有清晰的標(biāo)志且容易找到

特別注意的是，當(dāng)需要測(cè)試器件的高溫性能時(shí)，一定要注意防止?fàn)C傷，因?yàn)榇藭r(shí)的器件溫度會(huì)很高，

三．電壓及電流的測(cè)試注意事項(xiàng)

在低邊器件的測(cè)試時(shí)，可以使用單端探頭，此時(shí)可以使用探針來盡可能地減小探頭測(cè)試環(huán)路的電感，如圖4所示。

圖4 電壓測(cè)試減小測(cè)試環(huán)路電感

同時(shí)，在測(cè)試探頭上增加對(duì)信號(hào)的共模阻抗，可以通過在鐵氧體磁芯上增加幾圈探頭繞線，如圖5所示。

圖5 增加共模阻抗的電壓探頭

當(dāng)測(cè)試高邊器件時(shí)，注意使用差分探頭，由于接地端是高頻dv/dt信號(hào)，因此探頭的共模抑制比要高，減小對(duì)信號(hào)的影響。最基本的一個(gè)要求是，探頭需要有足夠的耐壓避免過壓損壞，或者說不要使被測(cè)電壓高于電壓探頭的耐壓。

測(cè)試電流信號(hào)時(shí)，注意在源極或者漏極接入電流傳感器，此時(shí)需要盡可能地減小環(huán)路電感，或者引入噪聲以避免使得信號(hào)畸變。

一種電流傳感器是Pearson電流傳感器，它的特點(diǎn)是精度高，帶寬高，但是尺寸大，在測(cè)試中不容易得到小的回路電感，且它是金屬外殼，不方便和高壓進(jìn)行隔離。

另外一種常用的電流傳感器是Rogowski，羅氏線圈，它的特點(diǎn)是帶寬比較高，達(dá)到15M-30M,且用示波器測(cè)試電流時(shí)，可以通過示波器補(bǔ)償信號(hào)的delay，同時(shí)它的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是小巧靈活，方便接到電路中，而保持小的測(cè)試回路電感。圖7，8，9，10給出了四種典型的羅氏線圈測(cè)試場(chǎng)景，兩種電流傳感器的比較圖如圖6所示。

圖6 Pearson線圈和羅氏線圈的直觀比較

圖7 羅氏線圈測(cè)試典型場(chǎng)景1

圖8 羅氏線圈測(cè)試典型場(chǎng)景2

圖9 羅氏線圈測(cè)試典型場(chǎng)景3

圖10 羅氏線圈測(cè)試典型場(chǎng)景4

圖10給出了一個(gè)用羅氏線圈測(cè)試PCB走線電流的示例，這種方式，需要提前在PCB上留下測(cè)試穿孔。

在測(cè)試過程中，影響開關(guān)性能的一個(gè)典型因素是器件溫度，那么控制溫度就變得非常重要，一般來說，需要將被測(cè)模塊DUT安裝在金屬板上，以方便加熱或者冷卻。當(dāng)測(cè)試低溫時(shí)，可以將DUT放在冷卻板和冰水上，整個(gè)設(shè)備再放在溫箱中，可以根據(jù)需要，將溫度減小到-20C或者-40C.

四．其它測(cè)試注意事項(xiàng)

在DPT測(cè)試中，除了一般的Corner測(cè)試外，還有一些注意事項(xiàng)需要說明。當(dāng)測(cè)試短路或者過流性能時(shí)，包含相和相之間的短路，或者上下橋臂短路等，尤其是大電流模塊，在快速的di/dt下產(chǎn)生的強(qiáng)的磁場(chǎng)會(huì)導(dǎo)致對(duì)驅(qū)動(dòng)電壓及總線電壓的干擾，也會(huì)造成對(duì)電源和測(cè)試儀器的干擾等。

如果開關(guān)的dv/dt需要限制在一定的水平，那么可以通過在門級(jí)加電阻來調(diào)整開關(guān)速度。由于器件規(guī)格書上不可能展示出所有條件的開關(guān)損耗數(shù)據(jù)，那么，通過測(cè)試，就可以精確的得到器件的開關(guān)損耗，這對(duì)于估計(jì)效率和計(jì)算結(jié)溫非常重要。

通過測(cè)試di/dt,電壓過沖，開關(guān)環(huán)路電感等，可以對(duì)理解如何設(shè)計(jì)器件的RBSOA有很大幫助，這里解釋一下，RBSOA就是反向偏置安全工作區(qū)的意思。

當(dāng)測(cè)試半橋的下管的性能時(shí)，同時(shí)需要注意檢測(cè)一下上管的門級(jí)波形，以免在下管開通上管關(guān)斷時(shí)由密勒效應(yīng)導(dǎo)致的誤開通。

由于DPT測(cè)試不可能是針對(duì)每一個(gè)器件個(gè)體的，所以工程師需要和供應(yīng)商確認(rèn)好器件的參數(shù)一致性，以及生產(chǎn)的品質(zhì)管控等。

五．DPT測(cè)試的好處

既然提了這么多注意事項(xiàng)，顯然實(shí)施者需要做很大的投入，那么它的回報(bào)是什么呢？

首先，可以在安全可控的條件下，提前測(cè)試器件的性能，避免在正式產(chǎn)品上去面臨一些不可預(yù)期的問題，保留的波形和測(cè)試結(jié)果，可以作為更改設(shè)計(jì)的參考。

其次，精確測(cè)量開關(guān)損耗，除了可以估計(jì)最差情況的結(jié)溫，還可以形成一個(gè)針對(duì)所有變換器的設(shè)計(jì)流程模板。

最后，DPT測(cè)試，可以避免設(shè)計(jì)過程中的問題導(dǎo)致的時(shí)間delay，可以更好地控制產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度。

但是DPT測(cè)試也有一定的局限性，比如，它能覆蓋功率器件大部分的運(yùn)行條件，但是，諸如線路噪聲干擾，磁場(chǎng)干擾，軟件問題等，它是無法測(cè)試的，這些問題不會(huì)在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)。

綜上，我們探討了DPT測(cè)試的基本電路及基本概念，接著從安全的角度探討安全測(cè)試的方面，后面重點(diǎn)關(guān)注了電流和電壓信號(hào)測(cè)試的注意事項(xiàng)，同時(shí)也討論了一些其它注意事項(xiàng)，最后強(qiáng)調(diào)了DPT測(cè)試的優(yōu)勢(shì)及局限性，可以通過本文對(duì)DPT測(cè)試有一定的理解。