一、什么是双脉冲测试？

双脉冲测试是一种专用于评估功率半导体器件（如MOSFET、IGBT、SiC、GaN等）开关性能的方法。通过控制门极施加两个特定时间间隔的脉冲信号，分别测量开通和关断过程中的电流、电压变化情况，从而评估器件的开关损耗、di/dt、dv/dt、反向恢复特性等关键动态参数。

1.1 应用背景

• 对于MOSFET/IGBT类器件，关断损耗和导通损耗是效率优化的关键；

• SiC/GaN等宽禁带器件开关速度快，对栅驱动和寄生参数极其敏感；

• DPT作为半导体行业公认的动态评估标准，是JEDEC与IEC标准的基础测试形式之一。

1.2 测试波形组成

典型双脉冲波形由以下几部分组成：

• 第一个脉冲：进行通电过程，使负载电流建立；

• 第二个脉冲：模拟开关关断过程，观察关断瞬间的尖峰；

• 各段电压/电流斜率用于评估器件的开关速度与损耗。

二、双脉冲测试的测试平台与系统构成

要获得高效、准确的测试结果，需要搭建一个专业的双脉冲测试平台。系统组成如下：

2.1 核心组成模块

• 门极驱动器（Gate Driver）：提供稳定、快速、可调的门极电压；

• 主功率器件（DUT）：待测试的MOSFET、IGBT、SiC/GaN器件；

• 电流探头、电压探头：用于波形采集，建议选用高带宽探头；

• 示波器：需具备≥500MHz带宽与高采样率，实时波形捕捉能力；

• 直流母线与电感负载：负载电流建立的关键通路；

• 辅助保护电路：防止器件击穿或热失控；

2.2 常见配置示意图

less复制编辑[电源]—[负载电感]—[DUT]—[低端开关]—GND                 |             电压、电流探头

控制DUT门极的脉冲波形来自函数/脉冲信号发生器，带有隔离驱动器与合适的门电阻。

三、关键测试参数解析

在DPT过程中，需要重点关注如下参数：

3.1 开关损耗（Switching Loss）

开关损耗包括导通损耗（Eon）和关断损耗（Eoff），可由如下方式求得：

$$E = ∫ V(t) × I(t) dt （在开关时间内）$$E=∫V(t)×I(t)dt（在开关时间内）

• 单位为 μJ；

• 损耗越小，器件效率越高。

3.2 电压变化率 dv/dt 与 电流变化率 di/dt

• dv/dt：关断期间漏极电压的上升速率；

• di/dt：导通期间漏极电流的上升速率；

这两个参数直接影响EMI水平及驱动设计。

3.3 反向恢复电流（Irr）

对于二极管或体二极管，其反向恢复电流和恢复时间决定了其软硬恢复特性，高速器件需具备低Irr特性。

3.4 零电压开通/关断情况

一些软开关拓扑需判断是否在ZVS/ZCS状态下动作，DPT可辅助确认实际行为。

四、高效评估的关键：测试优化与误差控制

4.1 测试误差来源

• 探头带宽不足，导致波形失真；

• 接地回路引起电压偏移或振荡；

• 门极驱动缓慢，无法激发真实开关特性；

• 器件温升未监控，导致热参数漂移。

4.2 提高测试效率的建议

• 波形振荡：加装RC Snubber或优化布局；

• Eoff偏高：检查是否存在过冲或驱动电阻过小；

• dv/dt过快：适当提高驱动电阻以平衡EMI和损耗。

五、不同器件的DPT评估策略

5.1 Si MOSFET 与 IGBT 的测试侧重点

• Si MOSFET：关注dv/dt、Rds(on) 与开关损耗；

• IGBT：关注尾电流现象及高温表现；

5.2 SiC 与 GaN 器件的特殊考虑

• SiC：di/dt极快，对PCB布局极为敏感；

• GaN：常采用栅源负压关断，需特殊驱动芯片支持；

• 建议使用 ≥1GHz 带宽的探头与示波器。

六、双脉冲测试在产品开发中的价值

6.1 器件选型

通过DPT直接比较不同品牌、系列的器件开关损耗与动态特性，为选型提供数据支持。

6.2 驱动电路设计优化

可通过测试不同门极电阻、驱动电压的影响，找出最适驱动参数，优化系统效率。

6.3 仿真模型校准

DPT数据是构建SPICE仿真模型中寄生参数与动态行为的基础来源，有助于提升仿真可信度。

七、结语：科学评估，提升功率器件设计效率

双脉冲测试作为功率半导体动态性能的核心评估手段，是构建高效、稳定电力电子系统的基石。通过科学搭建测试平台、准确采集波形、深入分析参数，工程师可系统掌握器件的行为规律，为器件选型、电路设计、系统优化提供坚实支撑。尤其在SiC/GaN等宽禁带器件广泛应用的当下，DPT的重要性愈发凸显，掌握其高效评估之道，将成为电子工程师迈向高性能功率设计的必经之路。