功率半導體器件本質是利用半導體的單向導電性改變電路中的電壓、電流、頻率、導通狀態等物理特性，實現電源開關和電力轉換等管理。功率半導體種類較多，根據可控性可分為不可控型（二極管）、半可控型（晶閘管）及全控型（IGBT、MOSFET 為主）。其中IGBT（絕緣柵雙極晶體管）被廣泛應用于中、高電壓及大電流場合的功率半導體器件。它綜合了 MOSFET和雙極晶體管的優點，具有導通壓降低、開關速度快、電流和電壓定額高等特點，被廣泛應用于變頻器、電動汽車、可再生能源發電等領域。

IGBT測試

IGBT 測試通常分為靜態參數測試和動態參數測試兩大類。靜態參數測試主要是對IGBT在靜態（即開關狀態不變）條件下的電氣特性進行測試，常見的測試項目有門極閾值電壓（VGE(th)）、門極截止電壓（VGE(off)）、集電極-發射極飽和電壓（VCE(sat)）等；動態參數測試主要評估 IGBT 在開關過程中的性能，包括開關時間、能量損耗等。其常見測試項目是開關時間(tf, tr)、開關能量(Eon, Eoff)等。

雙脈沖測試是IGBT動態參數測試中最常用的測試方法。工程師為了能夠評估和選擇最合適的IGBT模塊、優化驅動電路和散熱設計、提高系統的效率和可靠性，并在設計和研發階段發現潛在的問題，避免在實際應用中出現故障，通常會進行雙脈沖測試。通過這種測試，可以評估IGBT 模塊的性能和可靠性。

測試挑戰

雙脈沖測試電路如圖所示。被測對象為下橋臂的IGBT和上橋臂的二極管。負載電感與上橋臂的IGBT、二極管并聯，上橋臂的IGBT的門極上加上負電壓保證上橋臂IGBT是關斷的。測試時用示波器觀察開關波形并測量開關參數，高壓隔離探頭測量集電極和發射極間電壓，即Vce；電流探頭測量流經發射極的電流，即Ic；低壓探頭測量柵極到發射極之間的電壓，即Vge。

▲雙脈沖測試原理圖

對被測器件施加兩個脈沖驅動信號，在第一個脈沖達到設定電流后關斷IGBT，觀測待測器件的關斷過程；隨后在第二個脈沖的上升沿觀測待測器件的開通過程，典型雙脈沖波形如下圖所示：

▲雙脈沖波形

從如上圖波形圖可以看出雙脈沖測試基本經過 4 個階段：

? T0 時刻，IGBT的門極收到第一個脈沖所以飽和導通，電容的電動勢加在電感 L上，電感電流線性上升，通過調節第一個脈沖時間也就是IGBT導通時間可以控制電流大小，并在此之后脈沖結束，IGBT關斷。

? T1 時刻，IGBT關斷，電流探頭測試位置處沒有電流，所以示波器上測試電流為0。由于寄生電感的原因在關斷瞬間Vce會產生電壓尖峰。

? T2 時刻，IGBT接收到第二個脈沖再次導通，上橋臂二極管反向恢復導致反向恢復電流穿過IGBT，反向恢復電流和電感L的電流疊加產生電流尖峰。

? T3 時刻，第二個脈沖結束，IGBT再次關斷，因為雜散電感的原因會產生電壓尖峰。

在測試過程中我們需要關心測試中電壓電流的異常震蕩、反向恢復時間、上升時間、關斷/開通時間等參數，測試過程中會使用示波器、信號源設備完成測試，完成這些測試對測試設備也提出以下。要求：

? 高壓測試下的帶寬和通道數：IGBT器件每一次的通斷和關斷都伴隨著快速變化的高壓降低到0，需要測試設備在高壓測試有足夠的帶寬和準確的測試上升時間。同時一次需要完成Vge、Vce和 Ic的測試，至少具備3通道滿足測試。

? 精確捕獲電壓尖峰和異常震蕩：在測試中通常會因為寄生電感等其他原因產生脈寬較窄的電壓尖峰，評估關斷電壓尖峰應力，需要設備能準確的采集窄過沖。在測試過程中工程師會關注電壓和電流波形是否會產生異常震蕩，需要測試設備能精確的采集異常震蕩。

? 精確測試高壓信號：IGBT測試通常會到幾百伏的高壓，需要設備具備相對應的高壓測試量程并能精確測試高壓信號。

? 優秀的抑制噪聲能力：測試時共模噪聲會影響測試結果的準確性，同時也要盡可能的減小諧振的影響。

? 雙脈沖波形輸出的易操作性：雙脈沖波形的控制和編輯需要易于工程師操作，快速完成波形的創建和下發。

解決方案

雙脈沖測試是了解IGBT在具體應用中更真實的表現，它方便工程師更好地評價 IGBT器件。RIGOL推出雙脈沖測試方案幫忙工程師更高效的完成雙脈沖測試。測試過程中通常需要DP3000系列高壓信號源對電容進行充電，待充滿電之后再由電容進行放電；使用信號源DG2000系列輸出雙脈沖信號控制IGBT的關斷和導通，同時用示波器 DHO4000系列搭配光隔離探頭 PIA1000系列、無源探頭以及電流探頭完成Vge、Vce和Ic完成雙脈沖測試。

如下圖為典型雙脈沖實測波形，圖中波形CH1為Vge、CH2為Vce、CH3為 Ic。當然還可以通過MATH數學運算中的乘法計算Ic*Vce的數學計算結果，表示開關管的功耗。根據電流電壓波形，可測得動態開關的時間參數，如Td(on), Ton, Td(off), Toff 等

如下展示雙脈沖測試所需要的設備。

? 高壓電源：可編程高壓電源需要給電容進行充電，推薦DP3000系列高壓電源，DP3000系列包含 750W、1500W和 3000W 3個功率的可編程直流電源。它們擁有5位數顯高精度，以及顯示分辨率可達0.1mV/0.1mA，同時采用錯相技術設計，有效降低輸出紋波與噪聲，提供純凈電源輸出，保證設備的可靠及用電安全。

? 雙脈沖信號源：雙脈沖測試中需要用戶能夠創建具有不同脈寬的脈沖，這一直是主要的用戶痛點，因為創建具有不同脈寬的脈沖的方法耗時，所以需要信號源具備快速建立雙脈沖波形的功能。DG2000可以在PC上位機快速創建不同脈寬的脈沖并上傳到函數發生器，可以方便用戶創建出不同脈寬的雙脈沖信號。

? 示波器：DHO4000/MSO8000系列。DHO4000系列示波器為12Bit分辨率、4GSa/s采樣率，800MHz帶寬，高分辨率可以讓信號細節精細呈現。MSO8000系列示波器為8Bit分辨率、10Gsa/s采樣率、2GHz帶寬，更高的帶寬以及采樣率可以保真地采集信號的上升沿和異常震蕩。

? 光隔離探頭：PIA1000系列光隔離探頭使用光纖供電與傳遞模擬信號，在測試系統和DUT之間實現完全的電氣隔離，允許探頭在大共模電壓下浮動測量。180dB的高共模抑制比(CMRR)、1GHz的最高帶寬以及86kV共模電壓能夠滿足功率半導體組成的高壓高頻電路測試需求，保證測試結果的真實性。

如下圖為用200M的光隔離探頭和高壓差分探頭測試同一個Vgs信號，CH1為光隔離探頭的測試波形，CH3為高壓差分探頭的測試波形，出現了明顯的震蕩，隔離探頭的測試結果是更加可靠的。

? 電流探頭：電流探頭測量流經發射極的電流，推薦PCA2030系列電流探頭。

結論

通過雙脈沖測試，可以獲得IGBT的開關特性參數，如開關時間、開關損耗、導通壓降等。這些參數為電力電子系統的設計和優化提供重要依據。同時，雙脈沖測試也可以用于生產過程中的質量控制，確保IGBT模塊的性能符合設計要求。RIGOL 推出雙脈沖測試方案，可以幫助用戶完成IGBT雙脈沖測試，讓測試效率事半功倍。如下為RIGOL IGBT雙脈沖測試方案推薦：

方案優勢：

? 寬頻帶和高速響應：光隔離探頭配合高帶寬高采樣率示波器的測試系統具有較寬的頻帶和較高的響應速度，這有助于捕捉IGBT在快速開關過程中產生的短暫的高頻信號。

? 電氣隔離及優秀的抗干擾：PIA1000通過光纖傳輸信號及供電，取代了傳統的電氣連接，提供極佳的隔離效果。它擁有強大的共模信號抑制能力，有助于減少由電源線噪聲、地回路干擾等引起的共模噪聲。

? 兼容性和靈活性：靈活的雙脈沖波形編輯、不同型號附件的帶寬的探頭選擇讓測試方案配置和部署更加靈活。