作者丨鼎陽科技 陳嘉明
引言
近年來，隨著工業(yè)控制市場、新能源汽車市場、新能源發(fā)電領(lǐng)域的需求增長，功率器件的相關(guān)需求也在不斷增加，對(duì)功率器件的性能要求也在逐漸提高。功率器件是半導(dǎo)體器件的重要分支，主要用于處理高電壓和電流的電能轉(zhuǎn)換和控制，能承受較大的功率。
01 功率器件
功率器件目前主要包括以下幾種：
二極管：
利用其單向?qū)ㄐ?，用于電路的整流與穩(wěn)壓等方面。
晶體管：
典型的晶體管有雙極性晶體管(BJT)和場效應(yīng)晶體管(FET)等，廣泛用于放大器、音頻放大器、電源調(diào)節(jié)器等器件中，用于功率放大和開關(guān)電路。
晶閘管：
有普通晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、可關(guān)斷晶閘管(GTO)等，用于交流調(diào)壓和可控整流中。
MOSFET：
單極型器件，具有開關(guān)速度快、驅(qū)動(dòng)功率低、輸入阻抗高的特點(diǎn)，適合高頻應(yīng)用，常用于高頻開關(guān)電源、DC-DC轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等對(duì)開關(guān)速度要求較高的場合。
絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)：
由MOSFET和雙極型晶體管(BJT)組合而成的復(fù)合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗和BJT低導(dǎo)通壓降的優(yōu)點(diǎn)同時(shí)有著較強(qiáng)的耐壓能力，適用于高壓應(yīng)用，同時(shí)在電力電子領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。
新型碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率器件：
新型寬禁帶半導(dǎo)體材料制成的功率器件，有著高耐壓、低導(dǎo)通電阻、高開關(guān)頻率、耐高溫的特點(diǎn)，廣泛用于新能源汽車、充電樁、太陽能逆變器、工業(yè)電源等領(lǐng)域。其中在高壓快充的趨勢(shì)下電動(dòng)車是新型功率器件最重要的應(yīng)用場景，800V SiC平臺(tái)的應(yīng)用也在帶動(dòng)SiC功率器件的發(fā)展。
02 難點(diǎn)與挑戰(zhàn)
如今，MOSFET和IGBT在各個(gè)領(lǐng)域中得到越來越廣泛的應(yīng)用，如何有效地進(jìn)行MOSFET和IGBT相關(guān)參數(shù)的測試是困擾許多工程師的難題。
IGBT的導(dǎo)通與關(guān)斷設(shè)計(jì)的過程較多，對(duì)其開關(guān)特性的準(zhǔn)確測量和分析帶來了一定的難度。同時(shí)IGBT的安全工作區(qū)(SOA)的確定需要考慮多個(gè)因素，如電壓、電流、時(shí)間等。
在測量中，同樣容易受到寄生參數(shù)的影響，器件封裝和測試電路中存在的寄生電感、電容等參數(shù)在高頻和高速開關(guān)測試中會(huì)對(duì)結(jié)果造成顯著影響導(dǎo)致信號(hào)失真與測量誤差。同時(shí)，MOSFET和IGBT的開關(guān)速度快，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測試時(shí)需要高精度的測試設(shè)備和快速的響應(yīng)時(shí)間，選擇合適的測量儀器進(jìn)行測試顯得格外重要。
在這些功率器件的測試中，需要多種測量儀器與設(shè)備協(xié)同工作，以更好地表征器件的參數(shù)，功率器件中常見的測試項(xiàng)目包括以下幾個(gè)方面：
1. 靜態(tài)參數(shù)測試：
導(dǎo)通電阻(Rds(on))：對(duì)于MOSFET等器件，測量在導(dǎo)通狀態(tài)下漏極與源極之間的電阻。
閾值電壓(Vth)：器件開始導(dǎo)通時(shí)的柵極電壓。
擊穿電壓(BV)：測量器件能夠承受的最大電壓，如漏極擊穿電壓(BVDSS)、柵極擊穿電壓(BVGSS)。
漏電流(Idss、Igss)：特定條件下測量的漏極與源極之間的漏電流或柵極與源極之間的漏電流。
2. 動(dòng)態(tài)參數(shù)測試：
開關(guān)時(shí)間(ton、toff)：測量器件從導(dǎo)通到截止或從截止到導(dǎo)通的時(shí)間。
開關(guān)延遲時(shí)間(td(on)、td(off))：功率器件開關(guān)過程中，從控制信號(hào)開始施加/下降到器件開始導(dǎo)通/關(guān)斷之間的時(shí)間間隔。
損耗(Eon、Eoff)：測量開關(guān)過程中的電壓和電流以計(jì)算器件在開通和關(guān)斷時(shí)的能量損耗。
電流上升下降時(shí)間(tr、tf)：待測電流從10%上升到90%額定值所用時(shí)間。
