大家好，前段时间受飞仕得邀请，看看能否帮忙在自己的公众号做一期推广，介绍一下他们推出的新一代SiC-MOSFET / IGBT动态特性试验台ME200D，自己花了点时间看了一下产品手册，确实有不少亮点，对于我们搞电力电子的工程师来说是一台非常有用的设备，避免了自己搭建双脉冲测试平台遇到的各种问题，所以就欣然答应，但是单纯的介绍产品过于生硬，所以老耿根据自己理解以及对这款产品的一些疑问和飞仕得进行了交流。今天以第三方的角度庖丁解牛，客观的给大家聊一下这款设备，希望大家在了解产品的同时，也能学到一些东西。。。
SiC-MOSFET/IGBT动态特性试验台（下文以ME200D代替）是Firstack总结多年IGBT驱动开发应用经验，尤其轨道交通、风电、光伏、新能源电动汽车等高压大功率领域应用经验，专门组建研发团队，历时2年研制的一套实验室级功率半导体动态特性测试设备。
ME200D的主要测试对象是功率器件（SiC MOSFET/IGBT）和功率模组（两电平/三电平等）。功率器件测试用来测试或评估器件开关特性，主要面向功率半导体器件制造商。基于测试数据可以输出规格书，也可以用来横向对比友商产品，进一步优化改进器件。而功率模组测试主要面向器件应用厂家，主要用于测量功率器件在特定模组下的开关特性，可以帮助客户了解功率模组的安全工作区，提升器件的利用率等，例如你可以将一个完整的电动汽车控制器或一个大功率三电平功率单元放进ME200D模组柜，全自动的实现两电平或三电平各个IGBT和Diode的开关测试。
ME200D目前支持SiC-MOSFET/IGBT开关特性测试、短路测试、并联均流测试、温度特性测试、窄脉冲测试等，下面我们以IGBT为例对每一测试项目进行说明。
为了保证开关特性测试规范性，ME200D参考了IEC60747-9相关测试标准，与IGBT开通特性相关的参数主要有开通延迟时间（tdon）、开通电流上升时间（tr）、开通时间（ton）、开通损耗（eon）、开通电流上升率（di/dt）、开通电压下降率（dv/dt）。
与IGBT关断特性的相关的参数主要有关断延迟时间（tdoff）、关断电流下降时间（tf）、关断时间（toff）、关断电流拖尾时间（tZ）、关断损耗（eoff）、关断电流下降率（di/dt）、关断电压上升率（dv/dt）。
与Diode反向恢复特性相关的参数主要包含反向恢复时间（trr）、反向恢复电荷（Qrr）、反向恢复损耗（Err）、反向恢复峰值电流（Irrm）、反向恢复前后沿电流变化率（dirr/dt）。
ME200D支持一类短路和二类短路测试，对于一类短路IGBT开通瞬间就进入退饱和状态（还没来得及进入导通状态）。一类短路故障回路的电感量一般在几十个nH，这种情况一般出现在桥臂直通状态。ME200D采用的方式是让半桥其中一个IGBT保持开通状态，对另外一个器件进行单脉冲测试。
二类短路是IGBT开通后首先进入饱和导通状态，然后再发生退饱和行为，主要原因是回路的电感量稍大（一般为百nH以上），相比一类短路电流的爬升速度慢了一些（比一类短路慢，但实际还是很快）。二类短路测试需要用户准备一个很小的电感，一般都会小于1uH，实验室采用普通的电缆即可，一般1m的电缆大概1uH左右，根据短路电流大小预估一下电缆的粗细即可。
在进行短路测试后，ME200D可以直接给出器件相关的短路特性数据，例如门极峰值电压VGEmax，短路电流Isc、短路时间tsc、短路能量Esc、短路关断峰值电压VCEmax等。
ME200D目前支持最多6个模块并联测试，可以根据测试结果自动输出静态不均流度αstatic、开通不均流度αon和关断不均流度αoff，对于开关暂态不均流度的定义每家可能不太一样，ME200D目前支持四种不均流度计算选项供大家选择。
IGBT窄脉冲主要分为开通窄脉冲和关断窄脉冲，其中IGBT关断窄脉冲会使得与之相对的二极管出现导通窄脉冲。而开通窄脉冲会导致对管二极管出现关断窄脉冲。上述两种现象均属于半导体器件在未完全开通情况下又立即关断的行为，这种行为有可能造成开关器件产生较大的浪涌电压尖峰和振荡，威胁开关器件的可靠运行，甚至直接造成其损坏。造成这种现象的原因是由于半导体器件在导通后极短时间内就进入反向恢复阶段，载流子的数量还未积累充分就施加电压使过渡层迅速扩大，造成强烈的振荡及过压。目前ME200D最小输出脉冲是1us，可有效评估窄脉冲对功率器件的影响。
关于窄脉冲详细解读，可以参考英飞凌工业半导体公众号的一篇文章：
IGBT窄脉冲现象解读
逆变器死区时间的选择在满足避免桥臂直通的要求下，应该尽可能小，不然会影响电压型逆变器的控制性能，这也是为什么很多高端控制都需要做死区补偿的原因，所以，如果你不做死区补偿，死区时间还是越小越好。ME200D能够基于器件的开关特性测试数据，自动计算出适合于逆变器的最佳死区时间，基本原理为：
第一项是最大的关断延迟时间与最小的开通延迟时间的差值，这一项描述的是与所用的门极驱动电阻的特性。由于电流或电压的下降和上升时间通常比延迟时间小很多，暂不用该考虑。另一项是由驱动电路决定的信号传递时间的差值（延迟时间不匹配）。这个参数正常情况下可以在驱动器厂商的驱动器数据手册中得到，对于光耦合驱动器，这个值会比较高。为了保证安全，最后还要乘个系数1.2，也有厂家是1.5。
关于如何正确计算死区时间，可以参考英飞凌工业半导体公众号另一篇文章：
ME200D根据双脉冲测试中的IGBT开通Vce电压缺口进行杂感计算，关于杂感提取精度的问题，老耿以前还有篇文章介绍过，感兴趣的小伙伴可以去看看。
为什么在IGBT的开通暂态提取杂感更准确？
ME200D采用飞仕得自主开发的上位机软件，目前具备一键体检、专项诊断、指定工况三大测试功能，可全面评估模组性能及可靠性，这几项测试非常类似我们去医院做的常规体检、专项体检和指定项目体检。
一键体检功能可以快速的评估IGBT或功率模组各项参数，对存在风险的项目在报告中高亮进行警示，体检项目包含了IGBT/SiC 开关特性、杂感计算、最小死区时间评估等，下图为IGBT模块横向对比体检报告，非常直观的给出了器件差异，是不是和我们的体检报告很类似。
专项诊断在一键体检的基础上，对风险项或者关注项进行专项研究，如模组安全工作区，均流特性，短路，微小脉冲等。其中模组的安全工作区主要测试IGBT的RBSOA和Diode的 SOA.
指定工况可以设置任意的工况，例如可以在单个任意VDC、IC或Tvj下进行IGBT的动态测试，也可以是指定的多个（或任意多个）VDC、IC或Tvj条件下的 IGBT 动态特性测试。
ME200D 可以通过智能诊断，提供风险警示及优化意见。如下图所示，最左边是我们的测试参数， max， min 是用户设置的参数边界，△是 ME200D 测试结果是否超出设置参数边界，可以帮助用户优化模组性能及可靠性。
ME200D 可以将双脉冲测试得到的功率模组开关损耗数据直接导入上位机仿真平台VPowerSIM中，仿真软件结合IGBT的损耗数据模型，逆变器热阻模型，以及仿真工况，计算器件的结温波动情况以及系统损耗。由于ME200D的损耗数据来源于真实模组的测试数据，因此结温仿真更加准确，已有项目验证VPowerSIM的仿真结果与实测的温度误差小于5℃。
设备仿真软件具备寿命计算功能，基于器件的功率循环寿命曲线，软件通过雨流算法计算功率半导体在实际工况下能循环的次数寿命预测，根据变流器实际工况，ME200D的损耗结温仿真软件仿真出器件结温，根据结温计算△Tvj ，根据器件功率循环曲线，预测在实际工况下器件使用周次数。
在进行双脉冲测试时，由于电压探头和电流探头的带宽不同，因此信号会有一定误差延时，为了更精确地评估器件开关损耗，ME200D可以在软件上进行相位补偿，消除相位差带来的测量误差。
以高速SiC MOSFET的开关损耗测试为例，探头校准后SiC MOSFET开关损耗测试精度可提升10%。
ME200D配置了急停键，警示灯，行程开关，磁力锁，确保试验人员和设备安全。同时集成了多项自检、防呆措施，比如内置高精度基准源，VCEmax预测算法等，确保测试结果的准确及被测模组的安全。实验测试过程中，一旦检测到故障，ME200D将立即停止实验并自动下电，下电后反馈故障信息到人机界面，便于故障的定位与排查，保护操作人员安全。
ME200D拥有自检功能，在每次试验之前，会通过低电压检测模组是否正常运行，在自检通过后才会开始正常工况下的测试，如果检测到异常情况会给出相应的故障提醒，方便测试人员排查故障，提高工作效率，保证实验的安全性。
ME200D在进行器件开关特性测试时，一般将Ic从0.1倍的ICnom递增到2倍的ICnom,步长按照0.1ICnom，直到VCEmax接近0.85倍的VCES，ME200D会根据每一次脉冲的测试结果预测IGBT的最大关断过电压，确保在测试过程中器件不会超过最大值。
Firstack数控IGBT驱动具有多种不同故障保护类型，当驱动板出现故障报错，相应故障红灯会点亮，并在短时间内反馈到ME200D主控制器，主控制器会立即终止实验并下电，下电完成后将显示故障类型，除此之外提供故障波形的自动存储功能，便于故障排查。
ME200D配有完善的监视系统，ME200D摄像装置安装在模组柜内，所选摄像装置为CCD级工业标准，覆盖整个温控平台范围无死角，工作环境范围广，耐高/低温，分辨率高，可通过上位机界面实时监控ME200D模组柜内被测模组，可使操作人员远离高压试验台，极大地提高操作人员安全性。
ME200D设备上装有急停按钮，一旦通讯连接中断，可手动按下急停按钮，设备将立即放电，确保操作安全，放电后可手动打开ME200D柜门进行通讯接口更换或重连。
关于ME200D的介绍，今天先聊到这里，总的来讲这是一款很不错的双脉冲测试动态设备，有很多创新之处，例如自动体检报告生成、软件探头较准、Vcemax预测、负载电感自动切换等等。但也有需要进一步完善的地方，例如目前ME200D还缺乏针对SiC MOSFET测试的低寄生电感测试工装，也期待飞仕得加快推出ME300D下一代升级设备。
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