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導語：我們在「SysPro電力電子技術」知識星球探討了功率半導體嵌入式PCB技術、Si-IGBT+SiC-MOSFET并聯混合逆變器技術、以及后續的三電平功率拓撲技術，所有的這些前瞻技術有一個共有的底層問題是：如何在功率、效率和材料利用率之間找到最佳平衡點，以設計出高效的牽引逆變器，為電動汽車提供更高的價值？
回答這個問題的關鍵一環是功率半導體的損耗表現。而這其中，開關損耗在功率半導體總損耗中又占據重要地位。因此，深入理解功率半導體的開關動態特性顯得尤為關鍵。那么，如何獲取真實運行環境下的半導體動態特性？又如何對這一特性進行優化呢？
回答這個問題必經之路是雙脈沖測試（Double Pulse Test, DPT）。DPT主要目的是通過模擬器件在實際工作中的開關狀態，獲取器件的開關特性參數，從而優化器件設計、指導器件選型，并確保器件在實際應用中的可靠性和性能。
近期我們對這一部分知識結合實踐經驗做了總結。下面我們會詳細聊了聊雙脈沖測試的原理、目的及在實際應用中的測試策略。然后，我們根據實際經驗，闡述了如何根據工程實踐確定雙脈沖電路的參數和進行關鍵器件選型，如負載電感和母線電容的計算與選型？如何據此，確定脈沖時間等參數？最后，通過一張示例圖片，詳細解釋了如何搭建雙脈沖測試臺架？
雙脈沖測試的目的究竟是什么?
我們在「SysPro電力電子技術」知識星球探討了功率半導體嵌入式PCB技術、Si-IGBT+SiC-MOSFET并聯混合逆變器技術、以及后續的三電平拓撲技術，所有的這些前瞻技術有一個共有的底層問題是：如何在功率、效率和材料利用率之間找到最佳平衡點，以設計出高效的牽引逆變器，為電動汽車提供更高的價值？
回答這個問題的關鍵一環是功率半導體的損耗表現。而這其中，開關損耗在功率半導體總損耗中又占據重要地位。因此，深入理解功率半導體的開關動態特性顯得尤為關鍵。
在理想狀況下：開關器件應能瞬間在“開”與“關”狀態之間切換，且在“開”狀態時阻抗為零歐姆，無論電流大小，均不耗散功率；而在“關”狀態時，阻抗無窮大，電流為零，同樣不耗散功率。
圖片來源：參考文獻[1]
然而，現實情況遠非如此理想：開關的開通和關斷過程均需時間，電壓和電流的升降無法瞬時完成。在“開->關”以及“關->開”的轉換過程中，功率會被耗散。這些非理想行為主要源于電路中的寄生元件。
如下圖所示為：MOSFET開關波形與寄生元件的影響。柵極上的寄生電容會減緩器件的開關速度，延長開啟和關閉的時間。同時，只要漏極有電流流過，MOSFET漏極和源極之間的寄生電阻就會產生功率耗散。
此外，MOSFET中體二極管的反向恢復損耗也不容忽視。二極管的反向恢復時間直接反映了其開關速度，進而影響到轉換器設計中的開關損耗。
因此，設計工程師必須準確無誤地測量所有相關的時序參數，以確保開關損耗降至最低，進而設計出效率更高的轉換器。在諸多測量MOSFET或IGBT開關參數的方法中，雙脈沖測試方法憑借其獨特優勢被視為首選方案。
那么，雙脈沖測試的原理是什么呢？又要基于怎樣的策略執行呢？根據獲取的結果，又是如何指導我們完成器件選型/電路優化/時間參數計算呢？具體的實踐實踐應該如何操作？下面我們繼續聊聊。
02
雙脈沖測試的原理解析
雙脈沖測試是一種針對功率半導體器件（如IGBT）的動態特性評估方法。參考如下拓撲示意圖，在測試過程中，首先向被測器件施加一個短暫的脈沖信號，該脈沖用于將器件從關閉狀態切換到開啟狀態，使電流通過器件和負載電感迅速上升到一個預設值（脈沖狀態①）...
2.1 雙脈沖測試能測到什么？
圖片來源：Infineon
具體關于這些參數的定義，也可以回顧SysPro之前發表過的文章：一文讀懂IGBT的開關特性及相關技術參數 | 電動汽車驅動系統IGBT關鍵參數指南：開關特性、熱特性、最大電壓、額定電流、脈沖電流、反偏工作區、輸出特性、Diode參數說明
2.2 測試步驟3步走
典型的雙脈沖測試設置可參照下圖進行，其測試步驟通常遵循如下：
2.3測試策略的6個關鍵點
根據作者的實際工作經驗，雙脈沖測試總體上可以按照以下6點關鍵的測試策略進行：
...
圖片來源：網絡
以下完整內容發表在「SysPro電力電子技術」知識星球
手把手教你選器件定參數
3.1 關鍵器件選型
本節我們將結合在「SysPro電力電子技術」專欄一介紹的理論知識，以我們之前文章中提到的SiC/Si并聯雙管雙脈沖測試為例（參考「SysPro電力電子技術」專欄二 <2. Si/SiC器件特征詳解 | 2.4混合開關電流分配特性>），介紹工程實踐中是如何確定雙脈沖電路的參數和進行關鍵器件選型？
| SysPro備注：「SysPro電力電子技術」參考內容
專欄一：半導體基礎知識內容
圖片來源：SysPro系統工程智庫
圖片來源：SysPro系統工程智庫
3.1.2 母線電容的確定...
確定脈沖時間參數
至此我們計算得到了雙脈沖測試電路中兩大關鍵器件負載電感和母線電容的關鍵參數，可以指導具體的器件選型。此外，我們也得到了t2的參數，接下來我們計算如何得到t1和t3？根據U/L=di/dt...
05 結語
圖片來源：ST
以上內容為SysPro原創《電驅動系統雙脈沖測試從入門到工程實踐全解析》節選，完整解讀在知識星球「SysPro電力電子技術EE」中發布，相關參考資料、技術報告、拓展閱讀、工程指南也會上傳到知識星球中，歡迎進一步查閱、學習，希望有所幫助！
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2025年1月24日
SysPro系統工程智庫
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