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超越规格:更高电流的供给与测量

作者:时间:2010-08-02来源:网络收藏

太阳能电池、电源管理器件、高亮度LED和RF功率晶体管的特性分析等高功率测试应用经常需要,有时需要高达40A甚至更高的功率,MOSFET和绝缘栅双极晶体管(IGBT)将需要100A以上的电流。但是,通常单电源技术指标中规定的DC电流最大值是有限制的。这项指标的限制通常取决于电源的设计、仪器中使用分立器件的安全工作区域,内部印制电路板上的金属线间距等。如果想增大电流输出并且使用SMU(Source Measurement Unit,源单元),可以采用多种测试模式和多个通道。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/195366.htm


虽然DC电流源通常不允许使用脉冲输出,但是可以自己搭建脉冲电路。对于MOSFET或IGBT等功率器件的测试来说,脉冲源常常十分重要,因为DC测试电流会使DUT的电阻值因焦耳热产生偏移。虽然可以使用高功率脉冲发生器,但是它们不具备内建功能,因而高功率脉冲发生器要求用脉冲测试信号同步分立电表的工作。

脉冲扫描实现更高的功率
可以用脉冲扫描代替直流扫描以获得更高功率的I-V扫描,而且不影响测试结果。但是,使用电容器等DUT时,脉冲扫描则比不上直流扫描,因为在电压脉冲的陡峭边界会产生较大的位移电流,进而改变这些器件的电气特性。另一方面,脉冲I-V测试对于得到其他类型器件的最优测试结果(例如高功率RF功放,甚至低功率纳米级器件)来说非常重要。在高功率连续波(CW)测试中,半导体材料本身会以热量的形式消耗输入功率。随着器件中的材料变热,传导电流会降低,因为载流子和震动的晶格碰撞得更频繁(声子散射)。因此,由于自发热效应使电流的结果被错误地降低了。假定这些类型的器件通常工作在脉冲模式下(即,断续地而不是连续地),偏低的DC电流测量结果就不能准确反应这些器件的性能。在上述情况下,必须采用脉冲测试。


从使用直流扫描转换到使用脉冲扫描时,必须考虑以下两个因素。脉冲必须足够宽才有充足的时间让器件瞬态、导线连接和其他接口电路达到稳定,以使系统的测量稳定、可重复。但是,另一方面,脉冲宽度又不能超过测试仪器的最大脉冲宽度和占空比极限,从而违反仪器允许的功率占空比。脉冲过宽还会产生与DC扫描同样的器件自发热问题。

组合多条SMU通道实现更高DC电流
组合SMU通道实现更高DC电流最常用的方法是在DUT的两端并行连接电流源,如图1所示。

图1 组合多条SMU通道实现更高DC电流


此测试设置利用了著名的电学定律(基尔霍夫电流定律),它阐明了如果两个电流源并行连接到同一个电路节点,那么它们的电流将相加。这两台SMU都输出电流并测量电压。这两台SMU的全部LO阻抗端子(FORCE和SENSE)都接地。表1提供了这一特定配置的特性概要。


应当将SMU1和SMU2的输出电流设置为相同极性以获得最大输出。只要有可能,就将一台SMU配置为固定源,另一台SMU执行扫描。这有助于让两台SMU实现同步扫描。如果两台SMU都在扫描,那么它们的输出阻抗会自然而然地变化(例如,当仪表自动量程扩大或缩小时)。DUT输出阻抗还会显著变化,例如,从高阻抗的关断状态到低阻抗的导通状态。随着电路中许多阻抗元件的变化,会导致整个电路在每个偏置点上的建立时间延长。虽然这种瞬态效应会逐渐消失,但是固定将一台SMU作为源并将另一台SMU用于扫描,通常可以增加稳定性并缩短瞬态测量返回稳态的时间,进而实现更高的测试吞吐量。

融合脉冲扫描与多条组合的SMU通道
新的SMU架构简化了脉冲扫描法的功率增强优势与多条SMU通道并行工作的融合。例如,某些双通道SMU支持SMU通道数量从双通道增至四通道。使用脉冲扫描以及多通道功能输出的电流比使用一台SMU和DC扫描输出的电流更高。显然,实现该测试方法要格外注意保证人身安全。为了安全起见,隔离或安装障碍物对于防止用户接触带电电路来说非常重要。需要额外的保护技术防止损坏测试设置或DUT。多路脉冲必须紧密同步(达到纳秒级精度),从而一台设备不会提前上电并会损坏其他还没上电的单元。


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关键词: 规格 高电流 测量

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