Dimensioning of double pulse test setups for wide band gap devices

Abstract

With fast switching silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) based devices becoming more common the need to accurately characterize them also grows. A double pulse test (DPT) is a time proven method to analyze the switching characteristics of MOSFETs and insulated-gate bipolar transistor (IGBT) components. However, with SiC and GaN based devices a standard DPT setup is likely not robust enough to accurately characterize them. In this research the theory behind double pulse test is discussed and how the wide band gap (WBG) components effect the dimensioning of its parts.

The increased switching speed of WBG components requires the measurement tools to have increased capabilities in terms of bandwidth and sample speed. Because of the faster switching speed the dimensions of the pulse durations and needed inductive load have become smaller. This causes the parasitic effects to have a bigger impact on the measurement due to them becoming relatively larger compared to tests with slower components.

The test methods remain largely the same but each of the parts that make up the double pulse test setup need to be have higher performance characteristics to conduct accurate test for WBG components.

Nopeasti kytkeytyvien SiC- ja GaN-pohjaisten komponenttien yleistyessä tarve niiden tarkalle karakterisoinnille kasvaa. Tuplapulssitesti on pitkään käytetty menetelmä Si- ja IGBT -komponenttien kytkentäominaisuuksien analysointiin. SiC- ja GaN-pohjaisilla komponenteilla standardi tuplapulssitesti-kokoonpano ei kuitenkaan useinkaan ole tarpeeksi robusti niiden tarkkaan karakterisointiin. Tässä tutkimuksessa käsitellään tuplapulssitestin teoriaa sekä, miten WBG-komponentit vaikuttavat sen osien mitoitukseen.

WBG-komponenttien kasvaneet kytkentänopeudet edellyttävät mittalaitteilta suurempaa kaistanleveyttä ja näytteenottotaajuutta. Nopeamman kytkennän seurauksena pulssien kestot ja tarvittavan induktiivisen kuorman mitat ovat huomattavasti pienempiä. Tämä johtaa siihen, että parasittiset vaikutukset korostuvat, koska niiden suhteellinen merkitys kasvaa hitaampiin komponentteihin verrattuna.

Testausmenetelmät pysyvät suurelta osin samoina, mutta jokaisen tuplapulssitestijärjestelmän osan suorituskykyvaatimusten on oltava korkeammat, jotta WBG-komponenteille voidaan suorittaa tarkkoja mittauksia.