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算力基础设施持续扩张,数据中心供电向高效率、高功率密度演进,800V HVDC架构成为主流方向。在高压电能变换链路中,SiC/GaN宽禁带器件优势显著,但这类器件开关速度快、dv/dt极高,动态测试误差源繁杂,工程师容易因测量失真造成损耗误判、器件选型偏差。

RIGOL 功率半导体动态测试解决方案,搭建标准化双脉冲测试链路,帮助工程师精准捕获器件动态特性,规避高频测试常见误差。

为什么功率器件测试值得关注

在高压高频供电架构下,器件开关特性、反向恢复、栅极串扰等动态行为,直接决定系统损耗、EMI表现与整机可靠性。不同于静态参数,动态波形更贴合真实工况,广泛用于服务器电源、高压储能等场景。只有精准测得动态波形、量化损耗,器件选型与驱动优化才有可靠依据。

为什么双脉冲测试是关键方法

为什么双脉冲测试是行业通用标准?

双脉冲测试是宽禁带器件动态评估通用、高效的测试方法,凭借贴合实际工况的拓扑结构,成为研发、封测、量产的必备手段之一:

  • 工况还原:半桥感性负载拓扑,复刻变换器真实换流过程

  • 参数覆盖:捕获开通/关断、反向恢复波形、串扰波形,提取关键动态指标

  • 配置灵活:工况电压、工况电流、脉冲宽度、驱动电阻、驱动电压、负载空心电感,可自定义配置

  • 场景广泛:覆盖科研、研发、系统验证、来料检测

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    双脉冲原理图

双脉冲测试:基础时序与判定规则

常规采用半桥MOS-MOS电路,下管输入双脉冲信号,上管常断用于观测串扰。SiC器件阈值电压低、栅极耐压余量小,高频下串扰问题尤为突出,是调试重点。

测试三段时序逻辑清晰,且需遵循电压、电流双重约束,保证测试一致性:

  • 第一脉冲 (τ₁):电感储能,控制母线电压跌落

  • 续流间隔 (τ₂):电感维持电流,限制电流跌落

  • 第二脉冲 (τ₃):复现开通瞬态,完成损耗与串扰测试

通过约束电压、电流跌落比例,可反推母线电容、负载电感合理参数,避免硬件搭配不当造成测试失效。

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双脉冲测试波形图

母线电容、负载电感、电压、电流关系示意图
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母线电容、负载电感、电压、电流关系示意图

SiC/GaN测试核心难点:三大误差来源

宽禁带器件边沿极快、高频干扰强,测试不能仅满足“看到波形”,需区分准确度与精确度,以适配不同测试需求;确定探头型号和连接方式,排除关键误差;完成通道间时延校准,消除计算误差。

1、测试评判:准确度不等于精确度

准确度代表贴近真实物理值,精确度代表多次测试重复性。研发场景需二者兼顾,量产筛选更看重重复性。波形需无异常振荡、误导通;仪器带宽、接地方式必须匹配高频浮地测试条件。

2、探头选型:误差的主要来源

(1)栅极电压 VGS

下管 VGS一般使用无源探头并做好补偿校准,搭配短接地导线减少震荡;上管串扰测量优先选择光隔离探头,普通差分探头共模抑制差,测量误差可达数倍。

不同情况下的 VGS 和串扰波形示意图

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不同输入电容补偿情况所测得 VGS波形示意图

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不同接地线测得 VGS波形示意图

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(2)漏源电压 VDS

下管 VDS推荐高压无源探头。器件处于完全导通状态时,其等效模型可近似为导通电阻,通道内存在持续导通电流;在此工况下,高压无源探头所测波形呈正向偏置、形态稳定,与理论预期一致,可视为正确参考波形。高压差分探头易出现负向偏置或正负交替震荡,仅在隔离需求下使用,且需以无源探头为基准比对。

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高压无源探头与高压差分探头测得下管 VDS波形示意图

(3)漏极电流 IDS

SiC/GaN高频测试不推荐罗氏线圈、普通霍尔传感器:带宽不足会抹平电流边沿、低估损耗。工程推荐方案为同轴电阻,1GHz以上带宽、极低寄生,精准捕捉高速电流变化。

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同轴电阻与罗氏线圈测得 IDS波形示意图

3、通道延时:损耗计算隐形偏差

多通道探头传输时延不同,会造成波形错位,直接导致开关损耗积分计算失真。需以 VDS和 IDS物理关联特征做对齐校准,保证开通、关断时序基准一致,是量化损耗的必要步骤。

校准前后,瞬态波形示意图

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校准前后,第一次关断瞬态波形示意

开通能量

关断能量

校准前

866uJ

53uJ

校准后

700uJ

180uJ

校准前后,开通/关断能量对比表

调试小技巧

测试前务必完成探头补偿与通道延时校准;优先采用同轴电阻+光隔离探头组合规避高频误差;可通过不同探头波形交叉比对,快速识别虚假振荡与测量失真,辅助优化驱动电路与PCB布局。

RIGOL SiC/GaN动态测试一站式解决方案

800V 高压供电逐步普及,SiC/GaN 动态测试标准化备受重视。RIGOL 整合函数/任意波形发生器、数字示波器、可编程线性电源与光隔离探头,打造完整测试系统,依托脉冲生成、波形采集、误差校准的闭环流程及标准化双脉冲测试,攻克宽禁带器件测试难题,同时兼容 IGBT,可满足全品类功率器件测试需求。

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RIGOL 功率半导体动态参数测试解决方案

方案核心要点

  • 按场景定方案:区分研发、封测、量产测试需求,差异化配置

  • 仪器合理匹配:拒绝过度堆料,带宽与器件开关速率适配波形

  • 优先原则:先排查测试链路误差,再量化电气参数

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产品特点:

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■ 采样率:2.5GSa/s

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一直以来,普源精电专注于电子设计、测试、生产、优化,提供为满足客户需求的广泛解决方案及产品组合,并通过强化在硬件、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。

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