车载电驱“芯”引擎：RIGOL功率半导体动态性能测试解决方案解析

功率变换器是电能利用的重要装置，其性能主要取决于其核心—功率半导体器件，常见类型有 MOSFET、IGBT和二极管。传统Si器件已逼近材料极限，成为进一步提升效率和功率密度的瓶颈。SiC器件凭借更高开关速度、高结温下同时承受高压大电流等特性，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。当前国内外 SiC产业链加速成熟，主流厂商已推出多款 SiC产品，成本持续下降，应用正呈爆发式增长。

功率半导体测试需求与挑战

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核心评估工具，不仅提供关键动态参数，还通过模拟实际工况揭示器件的潜在风险与优化方向。

以SiC和GaN为代表的第三代半导体的快速发展和应用给新能源汽车行业、电源行业等带来颠覆性的变化，也给设计工程师带来了非常大的测试挑战。如何保证选用的高速功率器件能稳定可靠的运行在自己的产品中，需要了解功率器件的动态特性。

针对上述挑战，RIGOL提供了专业的功率半导体动态参数测试解决方案，助力工程师实现高效评估与优化器件性能。

功率半导体测试目的及原理

保证选用的高速功率器件能稳定可靠的运行在自己的产品中，需要了解功率器件的动态特性，实现如下测试目的：

• • 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，用于优化系统效率、评估器件响应速度、判断其在换流过程中的安全裕量。

• • 验证驱动电路设计。评估栅极驱动电阻的合理性，优化驱动信号上升/下降斜率以减少开关震荡。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、温度条件下测试，对比不同材料（Si IGBT和SiC MOSFET）或不同厂商器件的性能差异，支持选型决策。

• • 分析寄生参数影响。

• • 评估极端工况下的可靠性。

图1：双脉冲测试电路

如图1所示，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。测试中，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MOSMOS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，只需要将二极管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，如图2所示。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，就可以对其第一次关断和第二次开通时动态 特性进行分析和评估了。

RIGOL功率半导体动态测试方案

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。

RIGOL系统级测试平台三大硬核利器包括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。

图3 双脉冲测试桌面系统

双脉冲测试平台

双脉冲测试是评估功率器件动态特性的黄金标准。RIGOL方案包含以下核心组件：

• • DG5000 Pro信号发生器：生成高精度双脉冲驱动信号，支持死区时间控制。

• • PIA1000光隔离探头：1GHz带宽、180dB共模抑制比，精准测量浮地信号（如上管Vgs）。

• • MHO/DHO5000系列示波器：12bit高分辨率、4GSa/s采样率、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走向系统级功率分析，RIGOL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，把“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最新方案，请访问RIGOL官网或联系专业客服。