在當(dāng)今的電能利用領(lǐng)域，功率變換器扮演著至關(guān)重要的角色，而其性能的優(yōu)劣主要取決于部件 —— 功率半導(dǎo)體器件。常見的功率半導(dǎo)體器件類型包括 MOSFET、IGBT 和二極管。然而，傳統(tǒng)的 Si 器件已逐漸逼近材料的性能極限，成為進(jìn)一步提升效率和功率密度的瓶頸。

與之形成鮮明對(duì)比的是，SiC 器件憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢脫穎而出。它具有更高的開關(guān)速度，能夠在高結(jié)溫條件下同時(shí)承受高壓和大電流。這些特性使得 SiC 器件能夠顯著提升轉(zhuǎn)換效率、功率密度，并降低系統(tǒng)成本。因此，SiC 器件特別適用于車載逆變器、電動(dòng)汽車充電樁、光伏、UPS、儲(chǔ)能及工業(yè)電源等眾多場景。當(dāng)前，國內(nèi)外的 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈正加速走向成熟，主流廠商紛紛推出多款 SiC 產(chǎn)品，成本也在持續(xù)下降，其應(yīng)用呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長的態(tài)勢。

功率半導(dǎo)體測試需求與挑戰(zhàn)

功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)參數(shù)測試（雙脈沖測試）是功率半導(dǎo)體研發(fā)與應(yīng)用中的評(píng)估工具。它不僅能夠提供關(guān)鍵的動(dòng)態(tài)參數(shù)，還可以通過模擬實(shí)際工況，揭示器件的潛在風(fēng)險(xiǎn)，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(dǎo)體的快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用，給新能源汽車行業(yè)、電源行業(yè)等帶來了顛覆性的變化。然而，這也給設(shè)計(jì)工程師帶來了巨大的測試挑戰(zhàn)。為了確保選用的高速功率器件能夠穩(wěn)定可靠地運(yùn)行在自己的產(chǎn)品中，工程師需要深入了解功率器件的動(dòng)態(tài)特性。

針對(duì)這些挑戰(zhàn)，RIGOL 公司提供了的功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)參數(shù)測試解決方案，助力工程師高效地評(píng)估和優(yōu)化器件性能。

功率半導(dǎo)體測試目的及原理

為了保證高速功率器件在產(chǎn)品中的穩(wěn)定可靠運(yùn)行，需要實(shí)現(xiàn)以下測試目的：

1. 測量關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)：測量開關(guān)損耗、開關(guān)時(shí)間、反向恢復(fù)特性等動(dòng)態(tài)參數(shù)，這些參數(shù)對(duì)于優(yōu)化系統(tǒng)效率、評(píng)估器件響應(yīng)速度以及判斷其在換流過程中的安全裕量具有重要意義。
2. 驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)：評(píng)估柵極驅(qū)動(dòng)電阻的合理性，優(yōu)化驅(qū)動(dòng)信號(hào)的上升 / 下降斜率，以減少開關(guān)震蕩。同時(shí)，測試驅(qū)動(dòng)芯片的保護(hù)功能是否有效。
3. 對(duì)比器件性能：在不同的電壓、電流、溫度條件下進(jìn)行測試，對(duì)比不同材料（如 Si IGBT 和 SiC MOSFET）或不同廠商器件的性能差異，為器件選型提供決策支持。
4. 分析寄生參數(shù)影響：深入研究寄生參數(shù)對(duì)器件性能的影響，有助于優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。
5. 評(píng)估極端工況下的可靠性：確保器件在極端工況下仍能可靠運(yùn)行，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

以 SiC MOSFET 為例，雙脈沖測試電路由母線電容 CBus、被測開關(guān)管 QL、陪測二極管 VDH、驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載電感 L 組成。在測試過程中，向 QL 發(fā)送雙脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，就可以獲得 QL 在指定電壓和電流下的開關(guān)特性。實(shí)際功率變換器的換流模式有 MOS - 二極管和 MOS - MOS 兩種形式，進(jìn)行脈沖測試時(shí)需要選擇與實(shí)際變換器相同的形式和器件。對(duì)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(guān)斷信號(hào)即可。

在測試二極管反向恢復(fù)特性時(shí)，被測管為下管，負(fù)載電感并聯(lián)在其兩端，陪測管為上管，測試中進(jìn)行開通關(guān)斷動(dòng)作。在整個(gè)測試中，QL 進(jìn)行了兩次開通和關(guān)斷，形成了兩個(gè)脈沖。通過測量并保留 QL 的 VGS、VDS、IDS 波形，就可以對(duì)其次關(guān)斷和第二次開通時(shí)的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行分析和評(píng)估。

RIGOL 功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)測試方案

RIGOL 的功率半導(dǎo)體動(dòng)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(hào)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。測試項(xiàng)目涵蓋了關(guān)斷參數(shù)、開通參數(shù)和反向恢復(fù)參數(shù)，具體包括關(guān)斷延遲 td (off)、下降時(shí)間 tf、關(guān)斷時(shí)間 toff、關(guān)斷能量損耗 Eoff、開通延遲 td (on)、上升時(shí)間 tr、開通時(shí)間 ton、開通能量損耗 Eon、反向恢復(fù)時(shí)間 trr、反向恢復(fù)電流 Irr、反向恢復(fù)電荷 Qrr、反向恢復(fù)能量 Err、電壓變化率 dv/dt 和電流變化率 di/dt 等。

RIGOL 系統(tǒng)級(jí)測試平臺(tái)擁有三大硬核利器，分別是 MHO/DHO5000 系列高分辨率示波器、PIA1000 光隔離探頭、DG5000 Pro 系列函數(shù) / 任意波形發(fā)生器。

雙脈沖測試平臺(tái)

雙脈沖測試是評(píng)估功率器件動(dòng)態(tài)特性的黃金標(biāo)準(zhǔn)。RIGOL 的方案包含以下組件：

1. DG5000 Pro 信號(hào)發(fā)生器：能夠生成高精度的雙脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)，并支持死區(qū)時(shí)間控制。
2. PIA1000 光隔離探頭：具有 1GHz 帶寬和 180dB 共模抑制比，可精準(zhǔn)測量浮地信號(hào)（如上管 Vgs）。
3. MHO/DHO5000 系列示波器：具備 12bit 高分辨率、4GSa/s 采樣率和 500Mpts 存儲(chǔ)深度，支持多通道同步捕獲 Vgs、Vds、Ids 等信號(hào)。

汽車電子測試正從單一信號(hào)捕捉邁向系統(tǒng)級(jí)功率分析。RIGOL 的功率半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)性能測試解決方案通過高帶寬采樣、光隔離測量與多脈沖激勵(lì)，將 “毫厘級(jí)” 的能量損耗轉(zhuǎn)化為可量化、可復(fù)現(xiàn)、可對(duì)比的數(shù)據(jù)，幫助客戶在第三代半導(dǎo)體時(shí)代 “測得準(zhǔn)、跑得遠(yuǎn)”。如需了解更多技術(shù)細(xì)節(jié)及方案，請(qǐng)?jiān)L問 RIGOL 或聯(lián)系客服。