SiC 器件的双脉冲测试探讨
双脉冲测试（DoublePulse Test）是一种在电路变换器设计早期，对功率器件进行开关性能测量的方法，它非常有助于在产品设计中，把控产品设计周期，节省产品推向市场的时间。本文通过几个方面的内容，讨论一下DPT的测试方法，安全注意事项，测试电压及电流的注意事项，及DPT测试的投入对应的产出等。
一.双脉冲测试的概念及测试方法
如前所述，DPT测试最主要的价值，在于在产品设计早期，在最差条件下去测试电路的性能，以评估开关器件的特性，它可以减小实际设计产品所面临的一些不可预期的风险。
图1 典型的双脉冲波形
典型的双脉冲波形如图1所示，通过调整功率器件的开通和关断时间，T1,T2,T3，则可以评估在不同的电流下的全范围运行条件，相当于在一种可控条件下去做这个测量。
图2 典型的DPT测试电路
典型的H桥DPT测试电路如图2所示，被测对象DUT是H桥左下的功率器件，例如，这是一个SiC mosfet器件，由图上可知，当电路处于开关状态时，它通过一系列测试设备去测试其源极电流，漏极电压，门级电压等，通过脉冲产生器可以调整T1,T2,T3的波形宽度，因此电感及开关电流也得到了调整，H桥左上的开关器件，例如，也是SiC mosfet，作为被测试SiC的互补开关，以同步整流方式运行，负载电感用于限制电流的上升率di/dt.在上述测试电路中，外加的DC电压是可以调整的。
此处，负载电感是DPT测试中的一个重要器件，对其的选型需要注意以下方面：
1. 需要注意在峰值测试电流下不能饱和
2. 电感的位置要远离测试设备，以免EMI干扰或者磁场耦合到驱动电路或者测试仪器
3. di/dt不要太小，以免开关时间太长大于200uS，影响开关性能
4. 电流脉冲太宽的话，温度会上升，影响开关性能
5. di/dt不要太大，否则开关时间T1,T2,T3小于10u的话，可能让开关不能充分导通或者关断
在选择电感时，需要严格审核是否满足以上条件，避免对测试结果的不好的影响。
大家可能会想，在上述图1的典型DPT波形中，为什么需要两个脉冲呢？实际上，通过控制T1和T2的时间，我们可以控制在T3时加在电感上的电流，相当于通过建立互补开关上的电流，而改变被测开关上的电流，这时候反向恢复的性能就可以很容易测到。
另外，值得说明的是，这里典型电路上是两个半桥组成的H桥，实际上，通过一个半桥连接负载电感，然后接在DC 或者DC-上，也可以测试开关性能。采用图2的典型电路，只是因为这是一些典型应用的拓扑（如三电平拓扑），它代表了实际应用的情况，当然，在不需要在两个桥之间切换负载电感时，也可以通过单个半桥连接电感，再连接到DC电源上，也可以得到精确的测试结果。
假设我们要测试性能的器件是左侧桥臂的上管呢？很显然地，在上述电路设置中，将相关电压和电流探头接到上管中，而下管还是按照原有方式进行开关，则可以测试到上管的性能波形，这个上管可以是开关管，也可以是续流二极管。
前面我们探讨了DPT测试的一些基本方法，接下来，我们从安全的角度看看应该注意哪些方面。
二.DPT测试的安全注意事项
在电路测试中，高电压本来就很危险，另外，当电路发生失效时，除了致命的高压会暴露之外，可能一些有害物质会喷射出来，如电解电容的电解质等。所以非常有必要将高压测试电路放在一个保护罩中，避免发生伤害，典型的高压电路保护罩，如图3所示。
图3 典型DPT测试保护罩
也可以通过警示灯来告诉实验操作者，有高压的裸 露。除此之外，当安全门打开时，高压可能会裸 露，那么会自动触发电路切断电源，并且给高压电容放电。
如下的一些安全操作规范一定要遵守
1. 一定要将高压电路放在保护罩中，避免偶然接触到高压，即使发生了失效，也会有一层保护屏障
2. 当需要操作高压电路时，必须断开高压电源，让高压电容放电，必要时加永久放电电阻
3. 正确的测试接地，如用差分探头测试高边器件的电压，且被测模块需要有良好的低阻抗接地路径
4. 如模块可能会失效，则确保高压电源一定要有限流功能
5. 不要单独去操作高压测试，遵守“同伴原则”，必要时，另外的人可提供急救
6. 确保对仪器使用者的正确的安全和急救培训
7. 确保断电按钮有清晰的标志且容易找到
特别注意的是，当需要测试器件的高温性能时，一定要注意防止烫伤，因为此时的器件温度会很高，
三．电压及电流的测试注意事项
在低边器件的测试时，可以使用单端探头，此时可以使用探针来尽可能地减小探头测试环路的电感，如图4所示。
图4 电压测试减小测试环路电感
同时，在测试探头上增加对信号的共模阻抗，可以通过在铁氧体磁芯上增加几圈探头绕线，如图5所示。
图5 增加共模阻抗的电压探头
当测试高边器件时，注意使用差分探头，由于接地端是高频dv/dt信号，因此探头的共模抑制比要高，减小对信号的影响。最基本的一个要求是，探头需要有足够的耐压避免过压损坏，或者说不要使被测电压高于电压探头的耐压。
测试电流信号时，注意在源极或者漏极接入电流传感器，此时需要尽可能地减小环路电感，或者引入噪声以避免使得信号畸变。
一种电流传感器是Pearson电流传感器，它的特点是精度高，带宽高，但是尺寸大，在测试中不容易得到小的回路电感，且它是金属外壳，不方便和高压进行隔离。
另外一种常用的电流传感器是Rogowski，罗氏线圈，它的特点是带宽比较高，达到15M-30M,且用示波器测试电流时，可以通过示波器补偿信号的delay，同时它的一个优势是小巧灵活，方便接到电路中，而保持小的测试回路电感。图7，8，9，10给出了四种典型的罗氏线圈测试场景，两种电流传感器的比较图如图6所示。
图6 Pearson线圈和罗氏线圈的直观比较
图7 罗氏线圈测试典型场景1
图8 罗氏线圈测试典型场景2
图9 罗氏线圈测试典型场景3
图10 罗氏线圈测试典型场景4
图10给出了一个用罗氏线圈测试PCB走线电流的示例，这种方式，需要提前在PCB上留下测试穿孔。
在测试过程中，影响开关性能的一个典型因素是器件温度，那么控制温度就变得非常重要，一般来说，需要将被测模块DUT安装在金属板上，以方便加热或者冷却。当测试低温时，可以将DUT放在冷却板和冰水上，整个设备再放在温箱中，可以根据需要，将温度减小到-20C或者-40C.
四．其它测试注意事项
在DPT测试中，除了一般的Corner测试外，还有一些注意事项需要说明。当测试短路或者过流性能时，包含相和相之间的短路，或者上下桥臂短路等，尤其是大电流模块，在快速的di/dt下产生的强的磁场会导致对驱动电压及总线电压的干扰，也会造成对电源和测试仪器的干扰等。
如果开关的dv/dt需要限制在一定的水平，那么可以通过在门级加电阻来调整开关速度。由于器件规格书上不可能展示出所有条件的开关损耗数据，那么，通过测试，就可以精确的得到器件的开关损耗，这对于估计效率和计算结温非常重要。
通过测试di/dt,电压过冲，开关环路电感等，可以对理解如何设计器件的RBSOA有很大帮助，这里解释一下，RBSOA就是反向偏置安全工作区的意思。
当测试半桥的下管的性能时，同时需要注意检测一下上管的门级波形，以免在下管开通上管关断时由密勒效应导致的误开通。
由于DPT测试不可能是针对每一个器件个体的，所以工程师需要和供应商确认好器件的参数一致性，以及生产的品质管控等。
五．DPT测试的好处
既然提了这么多注意事项，显然实施者需要做很大的投入，那么它的回报是什么呢？
首先，可以在安全可控的条件下，提前测试器件的性能，避免在正式产品上去面临一些不可预期的问题，保留的波形和测试结果，可以作为更改设计的参考。
其次，精确测量开关损耗，除了可以估计最差情况的结温，还可以形成一个针对所有变换器的设计流程模板。
最后，DPT测试，可以避免设计过程中的问题导致的时间delay，可以更好地控制产品开发进度。
但是DPT测试也有一定的局限性，比如，它能覆盖功率器件大部分的运行条件，但是，诸如线路噪声干扰，磁场干扰，软件问题等，它是无法测试的，这些问题不会在测试中发现。
综上，我们探讨了DPT测试的基本电路及基本概念，接着从安全的角度探讨安全测试的方面，后面重点关注了电流和电压信号测试的注意事项，同时也讨论了一些其它注意事项，最后强调了DPT测试的优势及局限性，可以通过本文对DPT测试有一定的理解。
参考文献：Infineon-Double_pulse_testing-Bodos_power_systems-Article-v01_00-EN
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