功率變換器是電能利用的重要裝置，其性能主要取決于其核心—功率半導體器件，常見類型有 MOSFET、IGBT 和二極管。傳統(tǒng) Si 器件已逼近材料極限，成為進一步提升效率和功率密度的瓶頸。SiC 器件憑借更高開關速度、高結溫下同時承受高壓大電流等特性，可顯著提升轉換效率、功率密度并降低系統(tǒng)成本，特別適用于車載逆變器、電動汽車充電樁、光伏、UPS、儲能及工業(yè)電源等場景。當前國內外 SiC 產(chǎn)業(yè)鏈加速成熟，主流廠商已推出多款 SiC 產(chǎn)品，成本持續(xù)下降，應用正呈爆發(fā)式增長。

測試需求

功率半導體動態(tài)參數(shù)測試(雙脈沖測試)是功率半導體研發(fā)與應用中的核心評估工具，不僅提供關鍵動態(tài)參數(shù)，還通過模擬實際工況揭示器件的潛在風險與優(yōu)化方向。以SiC和GaN為代表的第三代半導體的快速發(fā)展和應用給新能源汽車行業(yè)、電源行業(yè)等帶來顛覆性的變化，也給設計工程師帶來了非常大的測試挑戰(zhàn)。如何保證選用的高速功率器件能穩(wěn)定可靠的運行在自己的產(chǎn)品中，需要了解功率器件的動態(tài)特性。針對上述挑戰(zhàn)，RIGOL提供了專業(yè)的功率半導體動態(tài)參數(shù)測試解決方案，助力工程師實現(xiàn)高效評估與優(yōu)化器件性能。

RIGOL雙脈沖測試桌面系統(tǒng)

測試目的

測量關鍵動態(tài)參數(shù)。測量開關損耗、開關時間、反向恢復特性等動態(tài)參數(shù)，用于優(yōu)化系統(tǒng)效率、評估器件響應速度、判斷其在換流過程中的安全裕量。

驗證驅動電路設計。評估柵極驅動電阻的合理性，優(yōu)化驅動信號上升/下降斜率以減少開關震蕩。測試驅動芯片的保護功能是否有效。

對比器件性能。在不同的電壓、電流、溫度條件下測試，對比不同材料(Si IGBT和SiC MOSFET)或不同廠商器件的性能差異，支持選型決策。

分析寄生參數(shù)影響。

評估極端工況下的可靠性。

測試原理

如圖1所示，以SiC MOSFET為例。雙脈沖測試電路由母線電容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。測試中，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，只需要將二極管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，如圖2所示。在整個測試中，QL進行了兩次開通和關斷，形成了兩個脈沖，測量并保留QL的VGS、VDS、IDS波形，就可以對其第一次關斷和第二次開通時動態(tài)特性進行分析和評估了。

測試平臺搭建

RIGOL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。測試項目包括關斷參數(shù)、開通參數(shù)和反向恢復參數(shù)。具體有關斷延遲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。

雙脈沖測試平臺結構

1、DG5000 Pro系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器產(chǎn)生雙脈沖驅動信號;

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;

3、MHO5106高分辨率數(shù)字示波器捕獲電壓電流波形并計算。

下降時間測試Toff

關斷損耗Eoff

方案特點

1.提供高可靠性與可重復性的測試能力,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;

2.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);

3.支持客戶定制化夾具,靈活適配多種器件封裝與測試場景;

4.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,顯著提升測試可靠性;

5.配置光隔離探頭(最高可達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(chǎn)品

重點產(chǎn)品：

RIGOL DHO/MHO5000系列

高分辨率數(shù)字示波器

應用優(yōu)勢：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)

產(chǎn)品特點：

6/8通道

1GHz帶寬

4GSa/s采樣率

500Mpts存儲深度

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重點產(chǎn)品：

RIGOL PIA1000系列光隔離探頭

應用優(yōu)勢：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)

產(chǎn)品特點：

最高1GHz帶寬

共模抑制比最高可達180dB

多個可選差模電壓范圍，最高可達±2500V

探頭響應快，上電即測，直流增益精度優(yōu)于1%

重點產(chǎn)品：

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，方便快捷的生成任意脈寬的多脈沖信號

產(chǎn)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最高輸出頻率

2/4/8通道

2.5GSa/s采樣率

16 bit垂直分辨率

一直以來，普源精電專注于電子設計、測試、生產(chǎn)、優(yōu)化，提供為滿足客戶需求的廣泛解決方案及產(chǎn)品組合，并通過強化在硬件、算法及軟件方面的技術實力，緊密對接客戶需求和市場動態(tài)，持續(xù)探索提升產(chǎn)品應用的行業(yè)覆蓋性。

未來，公司將進一步聚焦客戶應用，圍繞通信、新能源、半導體等前沿科技賽道，加強高端產(chǎn)品和解決方案的部署，形成從技術到產(chǎn)品、從時域到頻域、從通信到新能源半導體的全方位解決能力，為客戶解決測試挑戰(zhàn)和創(chuàng)造核心價值。