在過去的20年里，我聽到了許多關于雙脈沖的解釋，有時甚至很有趣。比如如，“雙脈沖是電四極桿的表征，第一個脈沖描述輸入，第二個脈沖描述出。”

01

對于經驗豐富的專業人士來說，不言而喻的事情有時可能會給經驗不足的人帶來誤解。作為測試設備制造商，我們意識到用戶對雙脈沖測試有不同的看法。

電力電子組件的開發需要幾個步驟。其中之一涉及功率半導體開關行為的動態特性。為此，使用雙脈沖測試裝置，其中包括：

1.電容式儲能裝置，也稱為直流母線電容器；

2.待測功率半導體，至少由一個開關和一個二極管組成，以及；

3.負載電感器，用作磁傳感器。

02

雙脈沖有什么用？

圖1顯示了可能的雙脈沖設置的示意圖，圖2中顯示了測量數據。

圖一

圖二

通過第一個脈沖，負載電感被磁化至所需的額定電流，從而關斷電流提供有關工作點處關斷行為的第一個數據 (A)。經過恢復時間（在此期間半導體必須完全斷電）后，它會再次打開。先前的標稱電流在相反的二極管中流動（由負載電感驅動）。當再次打開時，電流換向回到正在測試的半導體。

這為第二數據集 (B) 提供了有關功率半導體導通行為的所有信息。一旦在標稱電流下完全記錄了開啟過程，第二個脈沖就會關閉。然而，所得數據不一定令人感興趣。

一般而言，假設在指定操作點的開關操作中沒有任何問題的半導體將始終在該操作點中幸存。前提是半導體不會退化，并且產生的熱量會持續消散。可以通過表征所有可能的工作點并計算功率損耗（考慮開關頻率）來計算所需的冷卻能力。

圖三

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寄生無源器件

除了負載電感之外，每根連接電纜還會向電路中引入更多的電感。不幸的是，這種情況也會發生在電感應盡可能少或根本沒有電感的區域。此外，每根電纜都與相鄰導體形成耦合電容。這些寄生無源元件反過來形成諧振電路，快速開關元件很容易觸發該諧振電路。

當然，組件之間的所有距離都應盡可能短。因此，由兩個半導體和直流母線電容形成的換向電路的電感值可減少至大約10nH。

關斷后，相應的半導體通過建立結勢壘而關斷。結電容與換相電感形成諧振電路。由此產生的關斷振蕩可以被認為是反向電壓曲線上的重疊。關斷過程會中斷換向電感中的電流，導致其產生關斷過電壓。

根據設置，關斷過壓和關斷振蕩的重疊可能導致峰值電壓值增加或部分抵消。應在最壞情況條件下表征關斷行為，以防止超過半導體上的最大反向電壓以及相關的半導體損壞。其中包括使用未來的目標布局、最高開關速度下的預期結溫以及最高電流下的關斷。

經驗表明，即使在最大值之間的工作點，有時也會出現臨界條件。因此，建議對整個工作范圍內的開關過程進行密切表征。

圖四

正確的順序可以節省時間。這里，必須對半導體表征和電力電子器件表征之間進行根本區別。

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負載電流

獲取數據最簡單、最快的方法是修改電流的工作點。關斷電流與開啟時間有關。有兩個問題需要考慮：

1.載流負載電感具有直流鏈路電容提供的一定量的能量，直到其關閉為止。

2.由于傳導損耗，在開啟階段能量損失。因此，關斷后，直流母線電容不再具有與接通時相同的電壓值。

要在特定電壓值下關閉，直流母線電壓必須增加預期的差值。電流范圍應考慮運行期間的所有值-特別是短路事件。

兩個工作點之間的范圍是有爭議的：額定電流范圍內有5到10個工作點是常見的。當然，全自動測試臺可以實現更緊密的網格表征。幸運的是，將每個測量圖保存在光盤上或花費大量人力進行評估的日子早已一去不復返了。

門配置

一些設置提供了操縱柵極驅動器控制方式的選項。例如，可以自動調整柵極電阻、柵極電流或柵極電壓。由于這些直接影響開關行為，因此在表征過程中必須考慮這些因素。通常，重新參數化柵極驅動器只需要幾秒鐘的時間。因此，建議在每個工作點之后或在具有相同直流母線電壓的一系列工作點結束時在特性描述中包含新參數。

然而，如果柵極驅動器不是自動化的，則應在整個測量系列結束時進行手動參數化。由于測試系統必須在每個脈沖后斷開電源，并且統計訪問次數明顯高于參數化完整系列時的訪問次數，這大大降低了安全風險。現在針對不同的直流母線電壓重復整個電流范圍的表征。建議使用相同的直流母線電壓來表征多個電流值，以節省能源和時間。這避免了直流母線電容器不必要的充電和放電周期。

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直流母線電壓

半導體表征的電壓范圍限制在零到通常最大允許反向電壓的80%之間。關斷過電壓絕不能超過允許的最大反向電壓！

例如，在表征電力電子器件時，可以將表征參數限制為逆變器的電壓范圍。通常，所有電壓范圍都通過至少5到 10個中間點進行測量，從而更詳細的表征可以提供更深入的了解。

接面溫度

結溫通常是最后要修改的參數。有幾種不同的方法是可能的。控制溫度的最簡單方法是使用加熱板，將半導體或散熱器加熱到所需溫度。然而，這種方法只能使結溫高于室溫。

該過程的延伸是利用液壓溫度控制板進行溫度調節。原則上，這是一個充油散熱器。溫度控制裝置控制油的溫度。此設置允許的溫度范圍為-40°C 至 +200°C。應該注意的是，在低于露點的溫度下，被測設備 (DUT) 可能會發生冷凝和隨后結冰。反過來，金屬表面會在高溫下氧化。理想情況下，DUT 應在惰性氣體環境中運行。潮濕和無氧的環境可防止結冰和氧化。