在當今的電力電子領域，功率變換器作為電能利用的關鍵裝置，其性能在很大程度上取決于的功率半導體器件。常見的功率半導體器件類型包括 MOSFET、IGBT 和二極管等。然而，傳統(tǒng)的 Si 器件已逐漸逼近材料的物理極限，這成為了進一步提升電能轉換效率和功率密度的一大瓶頸。

近年來，SiC 器件憑借其卓越的性能優(yōu)勢嶄露頭角。SiC 器件具有更高的開關速度，能夠在高結溫的環(huán)境下同時承受高壓和大電流。這些特性使得 SiC 器件可以顯著提升功率變換器的轉換效率和功率密度，同時降低系統(tǒng)的整體成本。SiC 器件在眾多領域都有著廣泛的應用前景，尤其適用于車載逆變器、電動汽車充電樁、光伏、UPS、儲能及工業(yè)電源等場景。目前，國內外的 SiC 產業(yè)鏈正加速走向成熟，主流廠商已經推出了多款 SiC 產品，并且隨著技術的不斷進步和規(guī)模效應的顯現(xiàn)，SiC 產品的成本持續(xù)下降，其應用正呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的態(tài)勢。

測試需求

功率半導體動態(tài)參數(shù)測試（雙脈沖測試）在功率半導體的研發(fā)與應用過程中扮演著評估工具的角色。它不僅能夠提供關鍵的動態(tài)參數(shù)，還能通過模擬實際的工況，揭示器件潛在的風險，并為器件的優(yōu)化指明方向。以 SiC 和 GaN 為代表的第三代半導體的快速發(fā)展和廣泛應用，給新能源汽車行業(yè)、電源行業(yè)等帶來了顛覆性的變革。然而，這也給設計工程師帶來了巨大的測試挑戰(zhàn)。工程師們需要確保選用的高速功率器件能夠穩(wěn)定可靠地運行在自己的產品中，這就需要深入了解功率器件的動態(tài)特性。針對這些挑戰(zhàn)，RIGOL 推出了的功率半導體動態(tài)參數(shù)測試解決方案，旨在助力工程師實現(xiàn)高效評估和優(yōu)化器件性能的目標。

RIGOL 雙脈沖測試桌面系統(tǒng)

測試目的

1. 測量關鍵動態(tài)參數(shù)：通過測量開關損耗、開關時間、反向恢復特性等動態(tài)參數(shù)，工程師可以優(yōu)化系統(tǒng)的效率，評估器件的響應速度，并判斷器件在換流過程中的安全裕量。
2. 驗證驅動電路設計：評估柵極驅動電阻的合理性，優(yōu)化驅動信號的上升 / 下降斜率，以減少開關震蕩。同時，測試驅動芯片的保護功能是否有效。
3. 對比器件性能：在不同的電壓、電流、溫度條件下進行測試，對比不同材料（如 Si IGBT 和 SiC MOSFET）或不同廠商的器件性能差異，為器件的選型決策提供支持。
4. 分析寄生參數(shù)影響：深入研究寄生參數(shù)對器件性能的影響，有助于優(yōu)化電路設計。
5. 評估極端工況下的可靠性：模擬極端工況，評估器件在惡劣條件下的可靠性，確保產品的穩(wěn)定性。

測試原理

以 SiC MOSFET 為例，雙脈沖測試電路主要由母線電容 CBus、被測開關管 QL、陪測二極管 VDH、驅動電路和負載電感 L 組成。在測試過程中，向 QL 發(fā)送雙脈沖驅動信號，就可以獲得 QL 在指定電壓和電流下的開關特性。實際功率變換器的換流模式主要有 MOS - 二極管和 MOS - MOS 兩種形式。進行脈沖測試時，需要選擇與實際變換器相同的形式和器件。對于 MOS - MOS 形式，只需將二極管 VDH 換成 SiC MOSFET QH，并在測試中一直施加關斷信號即可。在測試二極管反向恢復特性時，被測管為下管，負載電感并聯(lián)在其兩端，陪測管為上管，測試中進行開通關斷動作。在整個測試中，QL 進行了兩次開通和關斷，形成了兩個脈沖。通過測量并保留 QL 的 VGS、VDS、IDS 波形，就可以對其次關斷和第二次開通時的動態(tài)特性進行詳細的分析和評估。

測試平臺搭建

RIGOL 的功率半導體動態(tài)參數(shù)測試方案支持單脈沖、雙脈沖及多脈沖測試，集成了示波器、信號發(fā)生器、低壓直流電源、高壓直流電源、電壓電流探頭和軟件等設備。測試項目涵蓋了關斷參數(shù)、開通參數(shù)和反向恢復參數(shù)等多個方面，具體包括關斷延遲 td (off)、下降時間 tf、關斷時間 toff、關斷能量損耗 Eoff、開通延遲 td (on)、上升時間 tr、開通時間 ton、開通能量損耗 Eon、反向恢復時間 trr、反向恢復電流 Irr、反向恢復電荷 Qrr、反向恢復能量 Err、電壓變化率 dv/dt 和電流變化率 di/dt 等。

雙脈沖測試平臺的結構如下：

1. DG5000 Pro 系列函數(shù) / 任意波形發(fā)生器：產生雙脈沖驅動信號，為測試提供的信號源。
2. PIA1000 光隔離探頭：準確測試開關管柵極電壓 Vgs 和陪測管柵極串擾信號，也可用于測量柵極電荷。該探頭能夠消除地環(huán)路干擾，確保測量的準確性。
3. MHO5106 高分辨率數(shù)字示波器：捕獲電壓電流波形并進行計算，為工程師提供詳細的測試數(shù)據(jù)。

方案特點

1. 高可靠性與可重復性：提供高可靠性與可重復性的測試能力，能夠覆蓋 IGBT 與 MOSFET 器件（包括 SiC、GaN 等第三代半導體）的關鍵動態(tài)特性評估，確保測試結果的準確性和一致性。
2. 全面的動態(tài)參數(shù)測量：支持全面的動態(tài)參數(shù)測量，包括開通 / 關斷特性、開關瞬態(tài)過程、反向恢復特性、柵極驅動及開關損耗等參數(shù)，為工程師提供全方位的器件性能信息。
3. 定制化夾具支持：支持客戶定制化夾具，能夠靈活適配多種器件封裝與測試場景，滿足不同客戶的個性化需求。
4. 高性能測試設備：搭配 RIGOL 高性能示波器及配套探頭，通過時間延遲補償功能與專用開關損耗算法，顯著提升測試的可靠性和精度。
5. 精準信號捕獲：配置光隔離探頭（可達 180dB 共模抑制比），可精準捕獲高速驅動信號的真實波形，確保信號完整性分析的可靠性。

功率半導體動態(tài)性能測試重點產品

RIGOL DHO/MHO5000 系列高分辨率數(shù)字示波器

應用優(yōu)勢：能夠同步捕獲開關管 Vgs、Vds、Id，陪測管柵極串擾 Vds、Id 等多路信號，支持長時間波形記錄與高精度觸發(fā)，為工程師提供全面、準確的測試數(shù)據(jù)。
產品特點：

• 具備 6/8 通道，可同時測量多個信號。
• 擁有 1GHz 帶寬，能夠滿足高頻信號的測量需求。
• 4GSa/s 采樣率，確保信號的采集。
• 500Mpts 存儲深度，可記錄長時間的波形數(shù)據(jù)。

此外，RIGOL 還發(fā)起了分享與 RIGOL 的故事，并參與強勢新品 MHO/DHO5000 系列高分辨率數(shù)字示波器試用的活動，用戶有機會贏取 RIGOL 定制漁夫帽。

RIGOL PIA1000 系列光隔離探頭

應用優(yōu)勢：能夠消除地環(huán)路干擾，精準測量浮地小信號（如上管 Vgs，上管串擾，以及柵極電壓信號），確保測量的準確性和可靠性。
產品特點：

• 1GHz 帶寬，可測量高頻信號。
• 共模抑制比可達 180dB，有效抑制共模干擾。
• 多個可選差模電壓范圍，可達 ±2500V，滿足不同的測量需求。
• 探頭響應快，上電即測，直流增益精度優(yōu)于 1%，提高了測量的效率和精度。

RIGOL DG5000 Pro 系列函數(shù) / 任意波形發(fā)生器

應用優(yōu)勢：獨特的 UI 設計，方便快捷地生成任意脈寬的多脈沖信號，提高了測試的效率和靈活性。
產品特點：

• 支持單通道任意脈寬的多脈沖輸出以及雙通道帶有死區(qū)時間控制的多脈沖輸出。
• 500MHz 輸出頻率，可滿足不同的信號頻率需求。
• 具備 2/4/8 通道，可根據(jù)實際需求選擇合適的通道數(shù)。
• 2.5GSa/s 采樣率和 16 bit 垂直分辨率，確保信號的生成。