普源示波器與信號發生器功率半導體動態性能測試解決方案

功率變換器是電能利用的重要裝置，在生產和生活中發揮著重要作用。功率變換器的核心是 功率半導體器件，很大程度上決定了功率變換器的性能。經過近幾十年的發展，功率半導體 器件已經形成了覆蓋幾伏到幾千伏、幾安到幾千安的龐大家族，常用的功率半導體器件類型 包括MOSFET、IGBT、二極管等。

大部分功率器件是基于Si半導體材料的，其特性已接近理論極限，成為功率變換器發展的瓶 頸。與Si功率器件相比，SiC功率器件具有更高的開關速度、能夠工作在更高的結溫下、可以 同時實現高電壓和大電流。這些特性能夠顯著提升功率變換器的性能，獲得更高的電能轉換 效率、實現更高的功率密度、降低系統成本。SiC功率器件適合應用于汽車牽引逆變器、電動 汽車車載充電機、電動汽車充電樁、光伏、不間斷電源系統、能源儲存以及工業電源等領 域。目前、國內外SiC產業鏈逐漸成熟，主流功率半導體器件廠商都已經推出了SiC功率器件 產品，成本也不斷下降，SiC功率器件的應用正處于爆發式增長中。

測試需求

功率半導體動態參數測試（以半橋電路為基礎已經發展出了一套完善的開關管開關特性評估 方法，雙脈沖測試）是功率半導體研發與應用中的核心評估工具，不僅提供關鍵動態參數， 還通過模擬實際工況揭示器件的潛在風險與優化方向。以SiC和GaN為代表的第三代半導體的 快速發展和應用給新能源汽車行業、電源行業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。如何保證選用的高速功率器件能穩定可靠的運行在自己的產品中，需要 了解功率器件的動態特性。

測試目的

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

2、驗證驅動電路設計。評估柵極驅動電阻的合理性，優化驅動信號上升/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。

3、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。

4、分析寄生參數影響。

5、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MOSMOS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 特性進行分析和評估了。

典型應用場景

1、電動汽車驅動系統：驗證逆變器中IGBT/SiC模塊的開關損耗和熱穩定性。

2、可再生能源：測試光伏逆變器和儲能變流器（PCS）的功率器件在高頻開關下的可靠性。

3、工業變頻器：評估電機驅動電路中器件的動態響應和電壓應力。

4、開關電源：優化高頻DC-DC變換器的效率與EMI特性。

測試平臺搭建

RIGOL功率半導體動態參數測試方案，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、開通參數和反向恢復參數。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。

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