用 SCPI 把双脉冲测试自动化：扫 ID 画开关特性曲线

2026-10-19 2026-10-20 约 3500 字预计阅读 7 分钟 - 次阅读 - 条评论

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上一篇在桌面搭建双脉冲测试平台里，硬件和离线分析已经跑通了：示波器导出三份 CSV，Python 脚本算开关时间、损耗、L_load、L_loop 和 Qrr。但每次改脉宽、按触发、存数据、再跑分析，还是得手动来一遍。测一个工作点还行，想扫 Eon/Eoff vs ID 这种曲线，重复劳动就有点多了。

这篇把最后一段补上：发波板的 SCPI Server + 示波器的 LAN SCPI + Python，固定 20 V 母线，扫第一脉冲宽度 tp1 = 2…18 µs，对应 ID 约 4–32 A；9 个点、每点 3 次，自动采集、分析、过安全门禁，最后直接出曲线。

脚本运行时的扫描过程 — 图 1 用真实 9 点数据合成的扫描过程：左侧示波器 VGS/ID/VDS 随 pw1 从 2 µs 增到 18 µs，右侧 G474 的 OLED 面板同步显示 PW1 和进度

1. 测试链路

平台本身和上一篇一样，这里只列和自动化相关的部分：

发波板：G474PulseGen，USB-TTL 接 COM4；PC 端跑 oled_mirror.exe，它在 127.0.0.1:5025 开一个 TCP SCPI 服务端，负责把命令转给板子。
功率级：100 V 1.7 mΩ TOLT SGT MOSFET 半桥；母线 20 V / 0.1 A 限流；负载电感 10.7 µH；Rg,ext = 1 Ω。
示波器：SDS804X HD，LAN 192.168.1.3:5025；CH1=VGS、CH2=ID（HQRocoil-Mini，0.01 V/A，示波器里单位设为 A、probe=100）、CH3=VDS。
采集设置：25k 点、2 ns、50 µs 窗口；触发源 CH1、上升沿、2 V；单次采集后 Stop 再读三通道。

这里的“电流”仍然来自 DIY 罗氏线圈，低频 droop 和平台凸起还在。这篇文章只用它看相对趋势；绝对精度和正式 Qrr 需要更好的探头或补偿，后面会再提。

2. 自动触发：两个坑

第一版脚本是“设参数 → 武装示波器 → 发 TRIG → 等 Stop”。结果遇到了两个很典型的坑。

2.1 `TRIG` 返回 OK，但示波器不触发

发波板的 TRIG 命令返回 OK，STAT 里 OUT=ON，但示波器一直停在 READY。用板子上的物理触发键/OLED 的 TRIG 按钮却一切正常。最后定位到两点：

每点只重发 DPULS:PW1。早期版本在每个点又把 DPULS:INTV、DPULS:PW2 一起重发了一遍；这会在输出已经打开时重新设置双脉冲参数。改成和官方 demo_scripts 的 double 流程一致——初始化时设一次 INTV/PW2，循环里只改 PW1，然后 TRIG——就稳定了。
arm 后等 0.3 s 再 TRIG。示波器的 :TRIGger:STATus? 已经显示 READY，但触发系统可能还没真正稳定；手动触发天然有人的延迟，所以一直正常。脚本里加一个固定的 0.3 s settle，竞态就消失了。

现在每个点的顺序是：

 1
 2
 3
 4
 5
 6
 7
 8
 9
10
11
MODE:DPULSE
CHAN:1
DPULS:INTV:5
DPULS:PW2:3
DPULS:PW1:<N>
OUTP:ON

:TRIGger:MODE SINGle
# 等 0.3 s
TRIG
# 轮询到 STOP，再读 C1/C2/C3

TRIG 是单次事件，脚本不会自动重发：如果示波器没 Stop，直接终止该点，避免脉冲已经打出去、又让电感带残余电流再打一发。

2.2 探头接触与触发电平

中间还遇到过 VGS 探头没压实、自动触发时手一松就掉信号的情况。自动化的前提是探头机械固定——胶带、夹子、第三只手都行；一手按两个探头跑 27 个点是不现实的。

触发电平最后定在 2 V：VGS 高电平约 10 V，2 V 既能可靠触发，又不会被底噪误触发。脚本也保留了 --manual-trigger 兜底：每个点等 60 s，你手动按板子/OLED 的 TRIG，适合调试阶段。

3. 脚本与安全门禁

代码在 G474PulseGen 的 pc_host 下，分成三个文件：

siglent_scope.py：LAN 5025 SCPI、二进制块、346 字节 Preamble、WORD/12-bit 换算、三通道读取。
pulsegen_scpi.py：复用 demo_scripts.ScipClient，封装 MODE/DPULS/OUTP/TRIG/STAT。
dpt_sweep.py：扫描编排、安全门禁、调用 dpt_analyzer、输出 CSV/图和 Markdown 表。

最常用的三条命令：

1
2
3
python dpt_sweep.py --check
python dpt_sweep.py --single --pw1 14
python dpt_sweep.py --pw1 2,4,6,8,10,12,14,16,18 --repeat 3

--check 只连仪器、打印 IDN/STAT/Preamble、不发波；--single 先跑一个 14 µs 点核对 25 A / 32 V；确认后再全扫。

扫描流程与安全门禁 — 图 2 从 --check、单点到 9 点全扫的流程；每个点分析后都要过安全门禁

门禁不是摆设。20 V 母线上最容易被忽略的是母线固态电容的耐压：这里是 2 颗 50 V/470 µF，所以 Vpeak 按 50 V 硬限、45 V 预警，而不是按 100 V 的 MOS 额定值。其余门禁包括：

I_off < 35 A、Ipeak < 60 A；
Vbus 在 19–21 V；
pre-pulse / 尾段电流接近基线（判断上一发是否恢复）；
三个通道没有削顶；
实测 tp1 / tp2 / 死区 在公差内；
任一项失败：OUTP:OFF、记录 exclude_reason，不进入汇总。

每个点的原始三通道 CSV、meta.json、metrics.csv、summary.csv、summary.md 和 summary_vs_id.png 都在 pc_host/sweeps/<时间戳>/ 下；sweeps/ 已加进 .gitignore。

4. 结果

9 个点里 25/27 次采集进入汇总；4 µs 的 rep2 和 6 µs 的 rep3 被 pre_current 门禁标记，这两个点各用 2 次重复。没有触发安全上限。

4.1 开关时间与损耗

I_off (A)	Eon (µJ)	Eoff (µJ)	tr (ns)	tf (ns)	tdon (ns)	tdoff (ns)
3.96	1.89	1.00	4.77	57.39	11.68	52.31
7.68	2.50	1.00	5.50	31.96	12.73	53.52
11.30	3.05	1.39	6.15	23.98	13.49	54.72
14.92	3.57	2.08	6.70	21.27	14.13	56.34
18.52	4.17	2.83	7.48	19.97	14.68	57.48
22.00	4.42	3.79	8.27	19.30	14.92	58.04
25.44	4.69	4.80	9.01	18.68	15.27	58.52
28.81	5.07	5.79	9.61	18.44	15.66	58.74
32.09	5.41	6.73	10.34	18.00	15.87	59.23

4.2 应力、Qrr 与 L_loop

I_off (A)	Vpeak (V)	IRM (A)	Qrr (nC)	L_loop (nH)	L_load (µH)
3.96	21.73	9.08	—	—	10.22
7.68	22.71	9.99	136.9	—	10.65
11.30	24.25	11.19	142.7	11.25	10.83
14.92	26.69	12.42	151.1	11.88	10.95
18.52	28.79	13.55	162.2	11.76	11.00
22.00	30.67	14.84	171.7	11.63	11.07
25.44	32.60	15.77	180.9	11.50	11.15
28.81	33.96	16.83	190.1	11.17	11.24
32.09	35.50	17.65	198.5	10.86	11.35

Qrr 在 PW2=3 µs 下可能还没完全恢复，只作参考；要正式 Qrr/IRM 需要补一个 PW2=10 µs 的单点。4 A 的 Qrr 被低电流基线/恢复过程放大，图上从 6 A 开始；L_loop 在 10 A 以下因过冲和 dI/dt 太小不可靠，图上从 10 A 开始。完整数值仍在 summary.csv。

Eon/Eoff、开关时间、Vpeak/IRM、Qrr/L_loop 随 I_off 的变化 — 图 3 9 个电流点的汇总；曲线为 PCHIP 平滑，误差棒是 2–3 次重复的 min/max；低电流的 Qrr/L_loop 已截断

5. 讨论

Eoff 在 25 A 左右超过 Eon。 低电流时开通损耗占主导，因为输出电容的充电/放电和反向恢复都在开通瞬间发生；电流上来以后，关断时电流下降和电压上升重叠得更久，Eoff 增长更快。对实际电源来说，如果工作点在高电流区，Rg 和关断缓冲的优化优先级要高于开通。

tf 从 57 ns 降到 18 ns，tr 从 4.8 ns 升到 10.3 ns。 低电流时关断过程主要由输出电容和探头/回路的小电流噪声主导，电流波形“拖尾”很长；高电流时沟道电流占主导，下降更干脆。tr 随电流增大而变长，则和米勒平台、驱动电流被分摊有关。

tdon 从 11.7 ns 增到 15.9 ns，tdoff 从 52.3 ns 增到 59.2 ns。 这两个是“栅极到电流”的延时，受驱动器和米勒电容影响；它们随电流变大的趋势，说明高电流下栅极充电更慢，和 tr 的变化一致。

L_loop 在 10 A 以上稳定在约 11 nH。 和上一篇单点的 11.5 nH 一致。3.96 A 和 7.68 A 算出来的 31/14 nH 是低电流下过冲和 dI/dt 太小导致的估算噪声，不代表回路电感真的变了；图里已经把 10 A 以下的 L_loop 截掉。

L_load 从 10.2 µH 到 11.4 µH。 用第一脉冲 20%–80% 的 ID 线性拟合得到，设计值是 10.7 µH；低电流点拟合窗口内的电流小，估算偏差更大，整体在同一量级。

Vpeak 从 21.7 V 升到 35.5 V。 32 A 时相对 20 V 母线的过冲约 15.5 V，但离 50 V 电容硬限还有余量；18 µs 这个点已经接近本次扫描的上限，继续加电流要先确认电感和探头的量程。Qrr 则从约 137 nC 升到 198 nC，趋势是单调的，但记住它是在 PW2=3 µs 下测的，绝对值只作参考。

6. 复现与限制

复现需要：

G474PulseGen 板 + oled_mirror.exe（COM 口按实际改），TCP 5025 在监听；
示波器 LAN 可达，*IDN? 正常；
12 V 驱动、20 V 母线、探头固定；
Python 环境装 pc_host/requirements-sweep.txt 里的 numpy/pandas/scipy/matplotlib。

1
2
3
4
cd pc_host
python dpt_sweep.py --check
python dpt_sweep.py --single --pw1 14
python dpt_sweep.py --pw1 2,4,6,8,10,12,14,16,18 --repeat 3

如果自动触发偶发不中，先用 --manual-trigger 手动按板子 TRIG 排除探头/触发问题，再回头查 SCPI 链路。

这次扫描的边界也很明确：固定 20 V，只扫了 tp1，没有扫 Rg、温度、母线电压；探头是 70 MHz 示波器 + 无源探头 + DIY 罗氏线圈，L_loop/Qrr 的绝对值有测量不确定度；2 个 pre_current 点只有 2 次重复。下一轮可以先加继电器 Rg 阵列，或者用加热台做温度扫描——但继电器阵列在栅极回路，低 Rg 点的栅极电感要单独评估，别把测试条件本身改变了。

7. 小结

从“手动按一次、抄一次数”到“9 点 ×3 次自动扫完”，这套桌面 DPT 平台现在能直接产出 Eon/Eoff、开关时间、Vpeak/IRM、Qrr/L_loop 随 ID 变化的曲线。硬件还是那套手搓的 TOLT 半桥，变化的只是把发波板、示波器和 Python 串成了一条可复现的测量链。

对我来说，这次最大的收获不是某一条曲线，而是把“自动触发为什么不中”拆成了可复现的两个坑：每点只改 PW1、arm 后等 0.3 s。这两个细节比脚本本身更值得记下来。下一篇如果做 Rg/温度扫描，思路是一样的：先把单点跑稳，再把参数矩阵交给脚本。