RIGOL功率半導(dǎo)體動態(tài)性能測試解決方案

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(dǎo)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(jìn)一步提升效率和功率密度的瓶頸。SiC 器件憑借更高開關(guān)速度、高結(jié)溫下同時承受高壓大電流等特性，可顯著提升轉(zhuǎn)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(dāng)前國內(nèi)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(yīng)用正呈爆發(fā)式增長。

測試需求

功率半導(dǎo)體動態(tài)參數(shù)測試（雙脈沖測試）是功率半導(dǎo)體研發(fā)與應(yīng)用中的核心評估工具，不僅提供關(guān)鍵動態(tài)參數(shù)，還通過模擬實際工況揭示器件的潛在風(fēng)險與優(yōu)化方向。以SiC和GaN為代表的第三代半導(dǎo)體的快速發(fā)展和應(yīng)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(shè)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(yùn)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(dǎo)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(guān)鍵動態(tài)參數(shù)。測量開關(guān)損耗、開關(guān)時間、反向恢復(fù)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(yīng)速度、判斷其在換流過程中的安全裕量。

驗證驅(qū)動電路設(shè)計。評估柵極驅(qū)動電阻的合理性，優(yōu)化驅(qū)動信號上升/下降斜率以減少開關(guān)震蕩。測試驅(qū)動芯片的保護(hù)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(guān)管QL、陪測二極管VDH、驅(qū)動電路和負(fù)載電感L組成。測試中，向QL發(fā)送雙脈沖驅(qū)動信號，就可以獲得QL在指定電壓和電流下的開關(guān)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(jìn)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(guān)斷信號即可。在測試二極管反向恢復(fù)特性時，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)斷動作，如圖2所示。在整個測試中，QL進(jìn)行了兩次開通和關(guān)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(guān)斷和第二次開通時動態(tài)特性進(jìn)行分析和評估了。

測試平臺搭建

RIGOL功率半導(dǎo)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(guān)斷參數(shù)、開通參數(shù)和反向恢復(fù)參數(shù)。具體有關(guān)斷延遲td(off))、下降時間tf、關(guān)斷時間toff、關(guān)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(fù)時間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。

雙脈沖測試平臺結(jié)構(gòu)

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

2、PIA1000光隔離探頭準(zhǔn)確測試開關(guān)管柵極電壓Vgs和陪測管柵極串?dāng)_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(guān)斷損耗Eoff

方案特點(diǎn)

1.提供高可靠性與可重復(fù)性的測試能力,覆蓋IGBT與MOSFET器件(包括SiC、GaN等第三代半導(dǎo)體)的關(guān)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(guān)斷特性、開關(guān)瞬態(tài)過程、反向恢復(fù)特性、柵極驅(qū)動及開關(guān)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(bǔ)償功能與專用開關(guān)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(dá)180dB共模抑制比),可精準(zhǔn)捕獲高速驅(qū)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(dǎo)體動態(tài)性能測試重點(diǎn)產(chǎn)品

重點(diǎn)產(chǎn)品：

RIGOL DHO/MHO5000系列

高分辨率數(shù)字示波器

應(yīng)用優(yōu)勢：同步捕獲開關(guān)管Vgs、Vds、Id，陪測管柵極串?dāng)_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(diǎn)：

6/8通道

1GHz帶寬

4GSa/s采樣率

500Mpts存儲深度

重點(diǎn)產(chǎn)品：

RIGOL PIA1000系列光隔離探頭

應(yīng)用優(yōu)勢：消除地環(huán)路干擾，精準(zhǔn)測量浮地小信號（如上管Vgs，上管串?dāng)_，以及柵極電壓信號）

  產(chǎn)品特點(diǎn)：

最高1GHz帶寬

共模抑制比最高可達(dá)180dB

多個可選差模電壓范圍，最高可達(dá)±2500V

探頭響應(yīng)快，上電即測，直流增益精度優(yōu)于1%

重點(diǎn)產(chǎn)品：

RIGOL DG5000 Pro系列函數(shù)/任意波形發(fā)生器

應(yīng)用優(yōu)勢：獨(dú)特的UI設(shè)計，方便快捷的生成任意脈寬的多脈沖信號

  產(chǎn)品特點(diǎn)：

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(shè)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(qiáng)化在硬件、算法及軟件方面的技術(shù)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(yīng)用的行業(yè)覆蓋性。