SiC MOSFET功率器件開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法-征求意見稿

1SiCMOSFET功率器件開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試方法本文件描述了雙脈沖測(cè)試條件下SiCMOSFET功率器件開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試的術(shù)語和定義、符號(hào)、測(cè)試電本文件適用于分立器件和功率模塊等封裝SiCMOSFET功率器件的開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試與評(píng)估，對(duì)于SiCJFET、SiCBJT、SiCIGBT等其他類型的SiC晶體管功率器件，可參測(cè)量、控制和實(shí)驗(yàn)室用電氣設(shè)備的安全要求第5部分：電工T/CASA002-2021、T/CASA006-203.1碳化硅金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管siliconcarbidemetal-oxide-semiconductorfield具有金屬氧化物半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以柵極隔著氧化層利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制半導(dǎo)體溝道的SiC場(chǎng)效應(yīng)晶體3.2給功率器件施加兩個(gè)脈沖作為驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的測(cè)試方法。第一個(gè)脈沖開通器件至負(fù)載上的電流達(dá)3.33.44符號(hào)和縮略語tr：上升時(shí)間。tf：下降時(shí)間。toff：關(guān)斷時(shí)間。Eoff：關(guān)斷能量。Irr：反向恢復(fù)電流。trr：反向恢復(fù)時(shí)間。CMRR：共模抑制比（CommonmCMTI：共模瞬態(tài)抑制（CommonmoMOSFET器件的開關(guān)測(cè)試為例，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用電路要求，選擇上橋臂器件的類型及其柵極控制方式，并在測(cè)試結(jié)果中注明所采用的測(cè)試電路。對(duì)于上橋臂SiCMOSFET器件的測(cè)試，測(cè)試電路類似電感連接更改到橋臂中點(diǎn)與直流母線負(fù)極。3等。若被測(cè)SiCMOSFET功率器件包括額外并聯(lián)）；ttpon2——第二個(gè)脈沖的寬度，單位為秒（s）；tpoff——兩個(gè)脈沖之間的間隔，單位為秒（s）；注：對(duì)于圖1(c)所示測(cè)試電路，上橋臂器件的柵5.2測(cè)試條件直流電源的輸出電壓可調(diào)，穩(wěn)態(tài)精度不小于±0.5%，分直流電源應(yīng)具有限流能力，限制故障電流和電容充電涌流。同時(shí)，避免過快的充電速度導(dǎo)致直流電源的供電側(cè)應(yīng)有接地端子，開關(guān)測(cè)試過程中，直流電源應(yīng)可靠接地或充電后斷開。4開關(guān)測(cè)試過程中，直流母線電壓保持恒定，測(cè)試電路應(yīng)保證足夠大的直流母線電容，根據(jù)式(1)確Cdc≥···············Kv——直流母線的電壓波動(dòng)率，通常為1~5%。應(yīng)盡可能降低電容和母排的總寄生電感（LESL+LBUS）的LBUS·LESL放電電阻LLESL放電電阻++ w"本繼電器I- w"本繼電器LESL——直流母線電容的等效串聯(lián)電感，單位為亨（HLBUS——直流母排的寄生電感，單位為亨（H若無特殊規(guī)定，直流母線不添加緩沖吸收電路。如果測(cè)試中需要放置緩存吸收電路，應(yīng)注明直流母線應(yīng)配置放電電阻。開關(guān)測(cè)試完成后，斷開直流電源，閉合繼電器，快速釋放母線電鉗位電感應(yīng)該具有足夠大的電感值，與開關(guān)脈沖配合，調(diào)節(jié)負(fù)荷電流大小和上升速率，并保ki——負(fù)荷電流的波動(dòng)率，通常為1~5%；ton——被測(cè)器件的開通時(shí)間，單位為秒（stmax——最大測(cè)試脈沖寬度，單位為秒（s）；鉗位電感應(yīng)該為抗磁飽和能力強(qiáng)的空心電感，鉗位電感的飽和電流應(yīng)大于目標(biāo)測(cè)試電流。5鉗位電感的繞組之間應(yīng)具有足夠高的匝間絕緣和層間絕緣，電感額定電壓應(yīng)大于目標(biāo)測(cè)試電應(yīng)選擇合適的導(dǎo)線線材和繞制方式，控為了降低線圈的電磁干擾，鉗位電感應(yīng)該與脈沖發(fā)生器、驅(qū)動(dòng)電路和電流探頭保持足夠的距VCC△△ +++隔離電源Cgd△ i△RgonRgoffWWRgin WWCgs典型驅(qū)動(dòng)電路如圖4所示，由隔離電源和驅(qū)動(dòng)芯片構(gòu)成。VCC△△ +++隔離電源Cgd△ i△RgonRgoffWWRgin WWCgsLCdc 驅(qū)動(dòng)芯片VEE——隔離電源輸出的負(fù)電壓，單位為伏（VRgon——開通驅(qū)動(dòng)電阻，單位為歐(Ω);Rgoff——關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電阻，單位為歐(Ω);Rgin——被測(cè)器件的柵極內(nèi)電阻，單位為歐(Ω);應(yīng)盡可能縮短驅(qū)動(dòng)回路的線路長(zhǎng)度和環(huán)路面積，減小驅(qū)動(dòng)回路的寄生電感大小。對(duì)于有開爾文源極封裝的SiCMOSFET器件，若無特殊規(guī)隔離電源應(yīng)提供足夠高的輸出電壓和輸出功率。隔離電源輸出的正電PGD=VCC1ICC1+Psource+Psink·················PsourceQgfsw(VCC-VEE)······PsinkQgfsw(VCC-VEE)·········PGD——隔離電源的功率，單位為瓦（WICC1——驅(qū)動(dòng)芯片原邊輸入電流，單位為安（A）；Psource——驅(qū)動(dòng)芯片的拉電流功率，單位為瓦（WPsink——驅(qū)動(dòng)芯片的灌電流功率，單位為瓦（W）；VCC——驅(qū)動(dòng)正電壓，單位為伏（VQg——柵極電荷，單位為庫(kù)（Cfsw——開關(guān)頻率，單位為赫茲（HzRgdron——開通過程中驅(qū)動(dòng)芯片的導(dǎo)通電阻，單位為歐(Ω);Rgdroff——關(guān)斷過程中驅(qū)動(dòng)芯片的導(dǎo)通電阻，單位為歐(Ω)?？刂崎_通和關(guān)斷過程的峰值電流，Rgdron/RgIgopk=·····································································Igipk=·····································································Igopk——開通過程中驅(qū)動(dòng)拉電流峰值，單位為安（A驅(qū)動(dòng)芯片應(yīng)具有足夠高的共模瞬態(tài)抑制能力，CMTI宜不小于100V/ns，輸入輸出共△WW△WWowwowwWWWW++ △ ++ △ ++△驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)能適應(yīng)SiCMOSFET器件開關(guān)過程的串?dāng)_，如圖6所示。如有必要，可以在驅(qū)動(dòng)回路中引7+–+–+–++–+–+–++–+–對(duì)于不同溫度下的開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試，應(yīng)采用具有閉環(huán)調(diào)節(jié)功能的溫控平臺(tái)來控制被測(cè)器件的工溫控平臺(tái)的溫度調(diào)節(jié)范圍應(yīng)大小于0~175℃,負(fù)溫度可選，溫度調(diào)節(jié)精度高于±3%。加熱板與被測(cè)器件之間應(yīng)施加必要的壓力，保證可靠接觸。加熱板可承受的最大壓力應(yīng)大于在開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試前，應(yīng)對(duì)于上、下半橋獨(dú)立的功率器件，應(yīng)采用分離的溫控平臺(tái)或獨(dú)立的散熱結(jié)構(gòu)等措施，降低被5.3.1應(yīng)保持測(cè)試環(huán)境應(yīng)整潔，地面和設(shè)備上應(yīng)放置隔離、警示標(biāo)志，必要時(shí)可配置聲光報(bào)警。5.3.2測(cè)試電路的高壓、高溫部分，應(yīng)置于保護(hù)屏障中，例如5.3.4測(cè)試過程中，應(yīng)該由具有職業(yè)資格或操作權(quán)限5.3.5測(cè)試過程中，不要觸摸帶電體或高溫部件。在接觸測(cè)試電路或元器件時(shí)，應(yīng)確保直流母線電容8測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)由電壓探頭、電流探頭、示波器（或數(shù)據(jù)采集卡）和上位機(jī)構(gòu)成，如圖7所示。電壓探電壓探頭△vds電壓探頭△vds電壓探頭電壓探頭示波器+電流探頭 i△ds?示波器+電流探頭 i△ L上位機(jī)WW–+ L上位機(jī)WW–+但是在開關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試過程中，應(yīng)滿足GB4電壓探頭的帶寬宜不小于500MHz（或響應(yīng)時(shí)間不超過0.7ns最大為了降低干擾，電流探頭應(yīng)放置在被測(cè)器件電位較低的源極附近，且不應(yīng)包含驅(qū)動(dòng)回路的電電流探頭不應(yīng)引入過大的寄生電感，9電流探頭應(yīng)具有足夠的量程，覆蓋目標(biāo)測(cè)試的電流范圍。目標(biāo)測(cè)試電流應(yīng)小于電流探頭的最），示波器的垂直分辨率應(yīng)不小于10位，測(cè)試過程中應(yīng)盡可能使波形占滿柵格，最小化量化誤示波器應(yīng)具有足夠高的采樣率和存探頭與示波器輸入通道之間，應(yīng)滿足阻若無特殊規(guī)定，示波器應(yīng)接地，避免浮示波器帶寬、噪聲等關(guān)鍵指標(biāo)的測(cè)試或校準(zhǔn)，參照G若在開關(guān)測(cè)試中采用同軸電纜連接，應(yīng)盡可能縮短同軸電纜的長(zhǎng)度，并盡可能采用粗的同軸對(duì)于同軸電阻等需要額外選用同軸電纜的探頭，探頭、同軸電纜與示波器三者之間，應(yīng)同時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)是否正常，待高壓系統(tǒng)安全上電之后，開展開d)數(shù)據(jù)處理。可以采用數(shù)字濾波等預(yù)處理方法，降低測(cè)試結(jié)果的噪聲干擾，提高測(cè)量精度。7.1.1雙脈沖測(cè)試中，第一個(gè)脈沖結(jié)束的時(shí)刻作為關(guān)斷過程的觀測(cè)位置，第二個(gè)脈沖開始的時(shí)刻作為7.1.4對(duì)于關(guān)斷過程，如圖8所示，關(guān)斷延遲時(shí)間td(off)定義為：關(guān)斷過程至90%的時(shí)間間隔。關(guān)斷時(shí)間td(off)定義為關(guān)斷延遲時(shí)間vgstpon50%90%50% 50% ovds90%90%90% 3%ids 3%idsA 3%td(on)trtd(off)tftontofft1Eont2t3Eofft4tttvsdt5t6t7t90%90%ErrErr90%90%QrrIrr2%QrrIrr2%ttisd乘積的積分值，積分區(qū)間為器件源–漏極電壓從0開始下降至器件源–漏極電流下降至2%，即Err=,t8vdsidsdt。tfEontdofftoffEoffIrrErec123…[1]IEC60747-1-1983半導(dǎo)體器件分立器件和集成電路