参考文献：周伟成，碳化硅功率器件的性能分析与多芯片并联应用研究【D】，浙江大学，2019（转发请注明出处及作者）
 
器件动态特性测试方法
 
双脉冲测试电路 器件的动态特性测试采用双脉冲测试电路，电路原理图如图３．２所示。该电路主要由高压电源Ｖｉｎ、主电感Ｉｎｄｕｃｔｏｒ、解耦电容Ｃａｐａｃｉｔｏｒ、续流二极管、驱动电路以及开关器件构成。驱动电路根据被测器件不同会有一定变化，图３．２中的驱动电路是碳化硅ＭＯＳＦＥＴ和ＧａＮ ＨＥＭＴ的驱动电路。在动态特性测试过程中，由于是双脉冲触发，被测器件本身几乎没有热量产生，所以自身也几乎没有温升，被测器件所需要的不同结温由外部加热台提供，温度范围是室温到１５０°Ｃ。器件的电压和电流的采样位置如图３．２中所标。
 
双脉冲测试电路工作原理和开关过程分析
 
Ａ．双脉冲测试电路工作原理
 
不同类型器件的开关过程有各自的特点，本文将以碳化硅ＭＯＳＦＥＴ的动态特性（开关特性）为例，说明双脉冲测试原理和开关过程。双脉冲电路的基本工作原理波形如图３．３所示，工作原理如下：
首先，ＳｉＣ ＭＯＳＦＥＴ（ＤＵＴ）的栅极得到第一个双脉冲信号，器件开通。主电感Ｉｎｄｕｃｔｏｒ两端的压降为Ｖin，电感上的电流线性上升。由于电感和开关器件为串联结构，所以ＭＯＳＦＥＴ的导通电流和电感电流一致，漏源电压为导通压降Ｖｄｓon。在母线电压Vin确定的情况下，负载几电流上升速率由主电感Ｉｎｄｕｃｔｏｒ的电感值Ｌ决定，即。当电流达到设定值I_LOAD后，第一个脉冲结束，器件在（F_IN，I_LOAD）条件下关断，ＭＯＳＦＥＴ漏源电压Vds上升，导通电流Id下降。主电感上电流通过二极管Ｄｉｏｄｅ续流Idiode。在第一个脉冲结束第二个脉冲开启之间，由于主电感的电感值对应的时间常数相对于双脉冲的间隔（２-５μs）来说非常大（一般在几百微亨），同时电感两端的压降为二极管的导通压降，所以电感上的电流非常小，可视为不变。第二个脉冲开启时，ＭＯＳＦＥＴ在（F_IN，I_LOAD）条件下重新开通，漏源电压下降，导通电流上升，直到第二个脉冲结束。第一个脉冲结束时ＭＯＳＦＥＴ关断过程和第二个脉冲开启时ＭＯＳＦＥＴ开通过程就是测试ＳｉＣＭＯＳＦＥＴ的开关过程，如图３．３中Ｂ和Ａ点所在的时间点分别对应的关断和开通时刻。同时，二极管的开关特性也能在此过程中被记录下来。
如果将开通与关断过程在时间轴上展开，会发现开通和关断过程是一个更复杂的电路换流过程，要分析开关过程需要考虑到线路的杂散电感和器件结电容，因此图３．２的双脉冲电路转换为图３．４中的电路。ＭＯＳＦＥＴ和二极管的结电容有Ｃｄｓ、Ｃｇｄ、Ｃｇｓ、ＣＤ。寄生电感有ＭＯＳＦＥＴ三个引脚上以及对应线路上的寄生电感Ｌｄ、Ｌｓ、Ｌｇ，二极管引脚上的寄生电感Ｌ1，器件与解耦电容Ｃａｐａｃｉｔｏｒ之间的线路电感Ｌｗ，还有解耦电容上的寄生电感L_C。
B.开关过程分析
 
开关过程中主电感上的电流基本不变，因此主电感可以视为电流值为I_load的恒流源。开关过程中解耦电容上的电压基本不变，因此解耦电容可以视为电压值为V_IN的恒压源。为了简化分析，突出ＭＯＳＦＥＴ主要的开关特性，下面的分析过程中会把线路寄生电感引入的振荡忽略掉。
ａ）开通过程
开通过程，驱动芯片输出恒定高电平，所以驱动芯片可以视为电压值为VCC的电压源。从而开通过程的电路可以等效为图３．５的电路。
按照过程分析图３．６的时间点，可以将开通过程分成以下几个阶段。
１）等效电路如图３．５（ａ）。从t0时刻开始，驱动电路电源Vcc给ＭＯＳＦＥＴ输入电容充电，驱动电流为ig，Vgs开始上升这个阶段ＭＯＳＦＥＴ还没有开通，主电感上的电流Iload通过二极管续流。需要注意的是，该阶段Cgd也有充电电流，但是由于Cgd远小于Cgs，所以该电流非常小，Cgd充电电流回路可以忽略。到t1时刻Vgs达到阈值电压Vth，ＭＯＳＦＥＴ开通导通，阶段t0~t1结束，持续时间为：

２）t1~t2：等效电路如图３．６（ｂ）。Vgs达到阈值电压后，ＭＯＳＦＥＴ沟道开通，ＭＯＳＦＥＴ开始导通电流id。驱动电流ig继续给Cgs充电，Vgs继续上升，电流随着Vgs的上升而增加，同时二极管的电流开始下降，ＭＯＳＦＥＴ和二极管换流。漏源两端电压值Vds会跌落一点，因为回路中电流变化在寄生电感上产生了的感应电压，如公式（３．２）。ＭＯＳＦＥＴ导通电流id增加到负载电流Iload时，此阶段结束。由饱和电流公式（３．４）可以得到这个阶段的持续时间，如公式（３．３）。

其中，Isat为ＭＯＳＦＥＴ饱和电流，k为转移曲线的二次项系数。
３）t2~t3：等效电路如图３．６（ｃ）。ＭＯＳＦＥＴ导通电流达到负载电流之后，二极管反向阻断并且结电容开始充电二极管电压上升。同时ＭＯＳＦＥＴ的漏源间电压Vds开始下降。如果不考虑二极管电容充电电流情况，ＭＯＳＦＥＴ工作在饱和区并且沟道电流不变，对于理想的ＭＯＳＦＥＴ输出特性而言Vgs保持不变，如图３．６中Vgs波形的平台Vp。平台电压值可以根据公式（３．３）得到公式（３．５）。驱动电流ig给Cgd充电，ＭＯＳＦＥＴ管漏源电压下降。如果考虑续流二极管Ｄ_ｉｏｄｅ上结电容充电电流情况，充电电流叠加到ＭＯＳＦＥＴ导通电流上，即二极管的充电流，如图３．６所示。

当下降到低电压值时，电容Cgd开始明显的增加，电压下降速度变缓，电压降到零时，该阶段结束。这个阶段持续时间大约为：

４）t3~t4：等效电路如图３．６（ｄ）。ＭＯＳＦＥＴ漏源电压Vds和导通电流id都进入稳态，栅压Vgs继续上升直至Vcc，开通过程结束。 ｂ）关断过程
关断过程，驱动芯片和地之间短路，其等效电路如图３．７所示。关断过程和开通过程类似，关断过程也可分为以下四个阶段。
１）t5~t6：:等效电路如图３．７（ａ）。从t5时刻开始，驱动芯片输出为０电压，ＭＯＳＦＥＴ输入电容开始通过Rg放电，Vgs下降直到在时刻达到平台电压Vp。此阶段，ＭＯＳＦＥＴ漏源电压Vds不变，导通电流也不变持续时间为： ２）t6~t7：等效电路如图３．７（ｂ）。Vgs达到平台电压Vp后，Cgs不再放电，Cgd充电，ＭＯＳＦＥＴ的漏源电压Vds开始上升，电压上升率为。同时ＭＯＳＦＥＴ的导通电流id会发生跌落，这是由于二极管结电容放电需要从主电感分走一些电流，电流值约等于，CD为二极管结电容。漏源电压Vds上升到母线电压Vin时，此阶段结束。不考虑ＭＯＳＦＥＴ结电容随变压变化，这个阶段的持续时间近似为： ３）t7~t8：等效电路如图３．７（ｃ）。ＭＯＳＦＥＴ的漏源电压上升到Vin，续流二极管开通，ＭＯＳＦＥＴ的导通电流id开始下降，二极管和ＭＯＳＦＥＴ发生换流，由于引线电感的存在，会造成漏源电压超过母线电压，这个电压超调量可由公式（３．２）得到。导通电流id下降到零时，这个阶段结束，大概持续时间为： ４）t8~t9：等效电路如图３．７（ｄ）。ＭＯＳＦＥＴ的导通电流id下降到零后，栅压继续下降，直到零电压，关断过程结束。