RIGOL：助力功率半导体动态性能测试的专业方案

在当今的电力电子领域，功率变换器作为电能利用的关键装置，其性能在很大程度上取决于的功率半导体器件。常见的功率半导体器件类型包括 MOSFET、IGBT 和二极管等。然而，传统的 Si 器件已逐渐逼近材料的物理极限，这成为了进一步提升电能转换效率和功率密度的一大瓶颈。

近年来，SiC 器件凭借其卓越的性能优势崭露头角。SiC 器件具有更高的开关速度，能够在高结温的环境下同时承受高压和大电流。这些特性使得 SiC 器件可以显著提升功率变换器的转换效率和功率密度，同时降低系统的整体成本。SiC 器件在众多领域都有着广泛的应用前景，尤其适用于车载逆变器、电动汽车充电桩、光伏、UPS、储能及工业电源等场景。目前，国内外的 SiC 产业链正加速走向成熟，主流厂商已经推出了多款 SiC 产品，并且随着技术的不断进步和规模效应的显现，SiC 产品的成本持续下降，其应用正呈现出爆发式增长的态势。

测试需求

功率半导体动态参数测试（双脉冲测试）在功率半导体的研发与应用过程中扮演着评估工具的角色。它不仅能够提供关键的动态参数，还能通过模拟实际的工况，揭示器件潜在的风险，并为器件的优化指明方向。以 SiC 和 GaN 为代表的第三代半导体的快速发展和广泛应用，给新能源汽车行业、电源行业等带来了颠覆性的变革。然而，这也给设计工程师带来了巨大的测试挑战。工程师们需要确保选用的高速功率器件能够稳定可靠地运行在自己的产品中，这就需要深入了解功率器件的动态特性。针对这些挑战，RIGOL 推出了的功率半导体动态参数测试解决方案，旨在助力工程师实现高效评估和优化器件性能的目标。

RIGOL 双脉冲测试桌面系统

测试目的

1. 测量关键动态参数：通过测量开关损耗、开关时间、反向恢复特性等动态参数，工程师可以优化系统的效率，评估器件的响应速度，并判断器件在换流过程中的安全裕量。
2. 验证驱动电路设计：评估栅极驱动电阻的合理性，优化驱动信号的上升 / 下降斜率，以减少开关震荡。同时，测试驱动芯片的保护功能是否有效。
3. 对比器件性能：在不同的电压、电流、温度条件下进行测试，对比不同材料（如 Si IGBT 和 SiC MOSFET）或不同厂商的器件性能差异，为器件的选型决策提供支持。
4. 分析寄生参数影响：深入研究寄生参数对器件性能的影响，有助于优化电路设计。
5. 评估极端工况下的可靠性：模拟极端工况，评估器件在恶劣条件下的可靠性，确保产品的稳定性。

测试原理

以 SiC MOSFET 为例，双脉冲测试电路主要由母线电容 CBus、被测开关管 QL、陪测二极管 VDH、驱动电路和负载电感 L 组成。在测试过程中，向 QL 发送双脉冲驱动信号，就可以获得 QL 在指定电压和电流下的开关特性。实际功率变换器的换流模式主要有 MOS - 二极管和 MOS - MOS 两种形式。进行脉冲测试时，需要选择与实际变换器相同的形式和器件。对于 MOS - MOS 形式，只需将二极管 VDH 换成 SiC MOSFET QH，并在测试中一直施加关断信号即可。在测试二极管反向恢复特性时，被测管为下管，负载电感并联在其两端，陪测管为上管，测试中进行开通关断动作。在整个测试中，QL 进行了两次开通和关断，形成了两个脉冲。通过测量并保留 QL 的 VGS、VDS、IDS 波形，就可以对其次关断和第二次开通时的动态特性进行详细的分析和评估。

测试平台搭建

RIGOL 的功率半导体动态参数测试方案支持单脉冲、双脉冲及多脉冲测试，集成了示波器、信号发生器、低压直流电源、高压直流电源、电压电流探头和软件等设备。测试项目涵盖了关断参数、开通参数和反向恢复参数等多个方面，具体包括关断延迟 td (off)、下降时间 tf、关断时间 toff、关断能量损耗 Eoff、开通延迟 td (on)、上升时间 tr、开通时间 ton、开通能量损耗 Eon、反向恢复时间 trr、反向恢复电流 Irr、反向恢复电荷 Qrr、反向恢复能量 Err、电压变化率 dv/dt 和电流变化率 di/dt 等。

双脉冲测试平台的结构如下：

1. DG5000 Pro 系列函数 / 任意波形发生器：产生双脉冲驱动信号，为测试提供的信号源。
2. PIA1000 光隔离探头：准确测试开关管栅极电压 Vgs 和陪测管栅极串扰信号，也可用于测量栅极电荷。该探头能够消除地环路干扰，确保测量的准确性。
3. MHO5106 高分辨率数字示波器：捕获电压电流波形并进行计算，为工程师提供详细的测试数据。

方案特点

1. 高可靠性与可重复性：提供高可靠性与可重复性的测试能力，能够覆盖 IGBT 与 MOSFET 器件（包括 SiC、GaN 等第三代半导体）的关键动态特性评估，确保测试结果的准确性和一致性。
2. 全面的动态参数测量：支持全面的动态参数测量，包括开通 / 关断特性、开关瞬态过程、反向恢复特性、栅极驱动及开关损耗等参数，为工程师提供全方位的器件性能信息。
3. 定制化夹具支持：支持客户定制化夹具，能够灵活适配多种器件封装与测试场景，满足不同客户的个性化需求。
4. 高性能测试设备：搭配 RIGOL 高性能示波器及配套探头，通过时间延迟补偿功能与专用开关损耗算法，显著提升测试的可靠性和精度。
5. 精准信号捕获：配置光隔离探头（可达 180dB 共模抑制比），可精准捕获高速驱动信号的真实波形，确保信号完整性分析的可靠性。

功率半导体动态性能测试重点产品

RIGOL DHO/MHO5000 系列高分辨率数字示波器

应用优势：能够同步捕获开关管 Vgs、Vds、Id，陪测管栅极串扰 Vds、Id 等多路信号，支持长时间波形记录与高精度触发，为工程师提供全面、准确的测试数据。
产品特点：

• 具备 6/8 通道，可同时测量多个信号。
• 拥有 1GHz 带宽，能够满足高频信号的测量需求。
• 4GSa/s 采样率，确保信号的采集。
• 500Mpts 存储深度，可记录长时间的波形数据。

此外，RIGOL 还发起了分享与 RIGOL 的故事，并参与强势新品 MHO/DHO5000 系列高分辨率数字示波器试用的活动，用户有机会赢取 RIGOL 定制渔夫帽。

RIGOL PIA1000 系列光隔离探头

应用优势：能够消除地环路干扰，精准测量浮地小信号（如上管 Vgs，上管串扰，以及栅极电压信号），确保测量的准确性和可靠性。
产品特点：

• 1GHz 带宽，可测量高频信号。
• 共模抑制比可达 180dB，有效抑制共模干扰。
• 多个可选差模电压范围，可达 ±2500V，满足不同的测量需求。
• 探头响应快，上电即测，直流增益精度优于 1%，提高了测量的效率和精度。

RIGOL DG5000 Pro 系列函数 / 任意波形发生器

应用优势：独特的 UI 设计，方便快捷地生成任意脉宽的多脉冲信号，提高了测试的效率和灵活性。
产品特点：

• 支持单通道任意脉宽的多脉冲输出以及双通道带有死区时间控制的多脉冲输出。
• 500MHz 输出频率，可满足不同的信号频率需求。
• 具备 2/4/8 通道，可根据实际需求选择合适的通道数。
• 2.5GSa/s 采样率和 16 bit 垂直分辨率，确保信号的生成。