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。传统的 Si 器件由于已经逼近材料的物理极限，逐渐成为进一步提升功率变换器效率和功率密度的瓶颈。而 SiC 器件凭借其显著的优势，如更高的开关速度、在高结温下能够同时承受高压和大电流等特性，可显著提升转换效率、功率密度并降低系统成本，特别适用于车载逆变器、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 SiC 产业链正加速成熟，主流厂商已推出多款 SiC 产品，成本持续下降，其应用正呈现出爆发式增长的态势。
图 1：双脉冲测试电路示意（以 SiC MOSFET 为例）
功率半导体动态参数测试（双脉冲测试）是功率半导体研发与应用中的评估工具。它不仅能够提供关键的动态参数，还能通过模拟实际工况，揭示器件的潜在风险，并为器件的优化提供明确的方向。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化，但同时也给设计工程师带来了巨大的测试挑战。工程师需要了解功率器件的动态特性，以确保选用的高速功率器件能稳定可靠地运行在自己的产品中。针对这些挑战，RIGOL 提供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与优化器件性能。
- 测量关键动态参数：测量开关损耗、开关时间、反向恢复特性等动态参数，这些参数对于优化系统效率、评估器件响应速度以及判断其在换流过程中的安全裕量至关重要。
- 验证驱动电路设计：评估栅极驱动电阻的合理性，通过优化驱动信号的上升 / 下降斜率来减少开关震荡。同时，测试驱动芯片的保护功能是否有效。
- 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）或不同厂商器件的性能差异，为器件选型决策提供支持。
- 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。
- 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。
以 SiC MOSFET 为例，双脉冲测试电路由母线电容 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，即可获得 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。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，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分析和评估。
图 2：测试二极管反向恢复特性示意
RIGOL 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。测试项目包括关断参数、开通参数和反向恢复参数，具体有关断延迟 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：
- DG5000 Pro 系列函数 / 任意波形发生器：产生双脉冲驱动信号。
- 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。
- MHO5106 高分辨率数字示波器：捕获电压电流波形并进行计算。
图 3：测试平台结构示意
- 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，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。
- 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。
- 定制化夹具：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。
- 高性能示波器及探头：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，显著提升测试可靠性。
- 光隔离探头：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。
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。
产品特点：具有 6/8 通道、1GHz 带宽、4GSa/s 采样率和 500Mpts 存储深度。同时，用户还可以分享与 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，有机会赢取 RIGOL 定制渔夫帽。
图 4：RIGOL DHO/MHO5000 系列示波器应用示意
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）。
产品特点： 1GHz 带宽，共模抑制比可达 180dB，多个可选差模电压范围，可达 ±2500V，探头响应快，上电即测，直流增益精度优于 1%。
图 5：RIGOL PIA1000 系列光隔离探头应用示意
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。
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，2/4/8 通道，2.5GSa/s 采样率，16 bit 垂直分辨率。
一直以来，普源精电专注于电子设计、测试、生产、优化，提供满足客户需求的广泛解决方案及产品组合。通过强化在硬件、算法及软件方面的技术实力，紧密对接客户需求和市场动态，持续探索提升产品应用的行业覆盖性。未来，公司将进一步聚焦客户应用，围绕通信、新能源、半导体等前沿科技赛道，加强高端产品和解决方案的部署，形成从技术到产品、从时域到频域、从通信到新能源半导体的全方位解决能力，为客户解决测试挑战和创造价值。
图 6：功率半导体动态性能测试重点产品展示
综上所述，RIGOL 的功率半导体动态性能测试解决方案凭借其的设计、先进的技术和丰富的功能，为功率半导体的研发和应用提供了有力的支持，有助于推动电力电子行业的发展。
图 7：RIGOL 产品助力行业发展示意
