在当今的电能利用领域，功率变换器扮演着至关重要的角色，而其性能的优劣主要取决于部件 —— 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。然而，传统的 Si 器件已逐渐逼近材料的性能极限，成为进一步提升效率和功率密度的瓶颈。
与之形成鲜明对比的是，SiC 器件凭借其独特的优势脱颖而出。它具有更高的开关速度，能够在高结温条件下同时承受高压和大电流。这些特性使得 SiC 器件能够显著提升转换效率、功率密度，并降低系统成本。因此，SiC 器件特别适用于车载逆变器、电动汽车充电桩、光伏、UPS、储能及工业电源等众多场景。当前，国内外的 SiC 产业链正加速走向成熟，主流厂商纷纷推出多款 SiC 产品，成本也在持续下降，其应用呈现出爆发式增长的态势。
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，还可以通过模拟实际工况，揭示器件的潜在风险，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化。然而，这也给设计工程师带来了巨大的测试挑战。为了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，工程师需要深入了解功率器件的动态特性。
针对这些挑战，RIGOL 公司提供了的功率半导体动态参数测试解决方案，助力工程师高效地评估和优化器件性能。
为了保证高速功率器件在产品中的稳定可靠运行，需要实现以下测试目的：
- 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具有重要意义。
- 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。
- 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，为器件选型提供决策支持。
- 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：确保器件在极端工况下仍能可靠运行，提高系统的稳定性和安全性。
图 1：双脉冲测试电路
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，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。
图 2：二极管反向恢复测试电路
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分析和评估。
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。测试项目涵盖了关断参数、开通参数和反向恢复参数，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。
RIGOL 系统级测试平台拥有三大硬核利器，分别是 MHO/DHO5000 系列高分辨率示波器、PIA1000 光隔离探头、DG5000 Pro 系列函数 / 任意波形发生器。
双脉冲测试是评估功率器件动态特性的黄金标准。RIGOL 的方案包含以下组件：
- DG5000 Pro 信号发生器：能够生成高精度的双脉冲驱动信号，并支持死区时间控制。
- PIA1000 光隔离探头：具有 1GHz 带宽和 180dB 共模抑制比，可精准测量浮地信号（如上管 Vgs）。
- MHO/DHO5000 系列示波器：具备 12bit 高分辨率、4GSa/s 采样率和 500Mpts 存储深度，支持多通道同步捕获 Vgs、Vds、Ids 等信号。
图 4：双脉冲测试平台结构
图 5：下降时间测试 Toff
汽车电子测试正从单一信号捕捉迈向系统级功率分析。RIGOL 的功率半导体动态性能测试解决方案通过高带宽采样、光隔离测量与多脉冲激励，将 “毫厘级” 的能量损耗转化为可量化、可复现、可对比的数据，帮助客户在第三代半导体时代 “测得准、跑得远”。如需了解更多技术细节及方案，请访问 RIGOL 或联系客服。
