PD1550A 系列 - 用于功率模块的先进动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪 (DPT)

PD1550A 系列 - 用于功率模块的先进动态功率器件分析仪/双脉冲测试仪 (DPT)

• 无需自行构建、测试、认证和维护系统
• VDS / VCE 高达 1360 V，ID / IC 高达 2000 A
• 可表征 650 V、1.2 kV 和 1.7 kV 额定电压的功率模块
• 使用真实脉冲隔离探头技术准确测试 VGS 高压侧特性
• 借助大带宽射频补偿进行准确的大电流测量
• 具有快速转换速率的高带宽测量探头
• 接口板采用了免焊接头和可更换的栅极电阻技术

目录

• 引言 -  3
• 动态功率转换器设计挑战 -  9
• 动态功率器件表征 -  10
• 可重复的可靠测量 -  12
• PD1550A 概述和基本操作 -  13
• 测试参数  - 15

引言

功率模块由于设计简单且具有高能量密度和高可靠性，在电动汽车 (EV) 功率转换器、太阳能逆变器、列车、家用电器和飞机等各种应用中得到广泛使用。设计人员现在还开始使用基于宽带隙 (WBG) 器件的新型功率模块，目的是充分发挥这种器件开关速度快的优势，同时缩小电力电子模块的尺寸并确保效率。但是，WBG 功率模块也带来了很大的测试挑战，业界需要找到新解决方案来正确表征这些器件，同时避免原型设计出错，缩短设计周期。电力电子工程师和功率模块制造商要想设计高效、可靠的小尺寸功率转换器，就必须对功率模块进行准确评测。在评测功率模块（尤其是包含 WBG 器件的功率模块）时，工程师需要克服许多难题。

功率模块测试挑战

高功率密度：功率模块采用了多个场效应晶体管 (FET) 芯片增加电流，功率密度通常比离散功率器件更高。某些 EV 应用则使用了碳化硅 (SiC) 器件来提高电压并缩短充电时间，所以需要 400 A 这样的大电流。因此，WBG 功率模块测试必须能够测试大电流和大带宽。

高压侧器件测量：大多数电力电子应用都要求采用半桥结构作为逆变器和转换器的基础。不同的应用会分别采用二合一、四合一或六合一功率模块配置。二合一配置为半桥结构，四合一配置通常为 H 桥结构，六合一配置可用于三相功率转换器。对于 TO-247 封装这样的离散功率器件，我们可以将单个器件放到 DPT 测试系统的低压侧来进行评测。但是，低压侧和高压侧的器件都需要进行测量，才能表征半桥模块。我们不能假设高压侧器件与低压侧器件的特性完全相同。在半桥配置中，半桥切换时会产生较大电压摆动，高压侧器件源极与低压侧器件漏极间的结处的电压电位会随之发生动态变化。因此，对高压侧的 FET 进行测量就相当具有挑战性，尤其是在栅极电压较小的时候。在测量的参考电压（即源极）以高转换速率进行几百伏的上下切换时，我们除非采用高共模抑制 (CMR) 探测技术，否则很难对 10 V 至 20 V 的栅极电压进行测量。

探头带宽和噪声：在测量高压侧 Vgs 时，业界一般认为高 CMR 是确保准确测量的唯一必要参数。然而，探头的带宽和噪声技术指标对测量准确度也有极大影响。

非标准外形：功率模块有多种外形。新兴 WBG 器件的外形甚至更加多变，因为它们的功率密度更高，让模块可以设计得更紧凑。在评测功率模块时，我们需要仔细设计测试电路板版图。DPT 板通常集成了几乎所有的元器件，例如与功率模块的连接、栅极驱动器、去耦电容器、电流测量器件等。功率模块通常焊接到测试电路板上，从而尽量减少杂散电感。然而，功率模块的焊接和拆焊都会导致评测耗时，效率降低。

在实际工作温度下进行测试：为了解功率模块的动态特性，必须进行温度相关测量，因为应用通常需要适应恶劣的环境，例如炎热的沙漠、潮湿的热带森林或冰天雪地的极寒环境。在这样的温度条件下使用恒温舱测试功率模块并非易事，尤其是对动态表征而言。

当前还没有恰当的解决方案：业内的许多研发工程师要么使用老旧的生产型动态功率模块测试仪来测试硅(Si) 功率器件，要么使用自行定制的测试系统，其中包含了函数发生器、电源、示波器、探头和定制的DPT 板。前一种解决方案提供了 DPT 功能，但不适合用于对较快的 WBG 器件进行详细评测。此外，这些系统通常需要通过繁琐的编程来设置和执行测试，因此测试流程可能效率低下且比较繁琐。这就导致我们很难应用各种测试条件对功率模块进行综合分析。购买和维护这类生产型系统的成本也比较高。后一种解

决方案通常无法提供可重复的结果，在易用性、安全性以及与其他内部测试系统的相关性方面也有欠缺。未来的 DPT 系统设计会进行改进，创建不同版本的 DPT 测试系统，但这会导致测试结果不一致，支持和维护问题增多。

用于功率模块的 PD1550A DPT 可以帮助我们

减少电路板迭代和原型设计次数，加快产品上市PD1550A 是一个现成的测量解决方案，可以对基于 WBG 半导体器件的功率模块进行可靠、可重复的测量。该平台不仅可以确保用户的安全性，还能够保护系统的测量硬件。Keysight PD1500A 功率器件动态分析仪/双脉冲测试仪于 2019 年推出，是是德科技第一款用于离散 WBG 功率器件表征的完整解决方案，现已被世界各地的功率转换器设计人员和功率半导体制造商广为采用。PD1550A 在 PD1500A 的基础上提供了更多功能，成为是德科技第一个能够测试功率模块（高达 1360 V /2000 A）的完整解决方案。汽车原始设备制造商 (OEM)、一级供应商和功率转换器设计人员因此可以充分了解功率模块的特性，为汽车应用设计安全可靠的电源电路。

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