发现确定宽带隙器件动态特性的新的先进方法

长期以来，硅因其经济实惠、效率适中和性能优异而成为制造电子设备的主要材料。尽管用途广泛，但硅仍面临一些限制，使其不适合涉及高功率和高温的应用。随着技术的不断进步和行业对设备效率的要求不断提高，这些限制变得越来越明显。

在寻求更强大、更高效、更紧凑的电子设备的过程中，宽带隙材料正在成为主导者。它们在效率、更高的结温、功率密度、更薄的漂移区和更快的开关速度等关键方面优于硅，使其成为未来电力电子的首选材料。

评估不同宽带隙半导体的动态特性并选择最佳选项对于提高成本效益至关重要。双脉冲测试是评估功率器件性能最广泛使用的方法之一。DBT 为设计转换器提供了基础，此外它还量化了动态特性，如死区时间选择、效率、热管理和开关频率。

基本 DPT 的电路如图 1 所示，其中两个脉冲被引导至钳位电感负载电路下的测试设备。为了捕获 DUT 的开关瞬态，可以在任何电流和电压条件下轻松调节第一个脉冲持续时间和直流总线电压。

图 1：双脉冲测试的电路布局

尽管最近的测量技术有所改进，但 DBT 仍面临快速开关瞬态、正确的电流和电压探头选择、高带宽要求以及电压电流参数对齐等问题。另一方面，WBG 器件的快速开关特性会在电路中包含的两个器件之间的相脚中引发高干扰，进而可能导致高电流损耗。

发现 DBT 中具有潜在副作用的测量问题并学习克服这些问题的新方法

在功率半导体器件的双脉冲测试中实现准确的表征取决于解决各种测量挑战。脉冲应用期间的定时和同步精度对于避免由于不匹配导致的结果失真至关重要。控制脉冲宽度和幅度非常重要，特别要注意最大限度地减少栅极驱动阻抗的影响。

监测和控制温度是 DBT 中影响测量的另一个方面，此外，它还有助于减少测试设置中寄生元件的影响。基本考虑因素包括电压和电流探头的正确放置和校准、确保负载条件充足以及维持高质量的电源。

测量系统中足够的信号完整性以及先进数据采集系统的使用对于获得有关设备开关行为的可靠且有意义的信息至关重要。众所周知，WBG 器件具有高速开关瞬态，其特点是具有高保真度的下降沿和快速上升开关波形。因此，所使用的探头具有高系统带宽（约为波最大频率的 3 至 5 倍）和相位计算的约 10 倍（约 10 倍）是至关重要的。

电压和电流测量通常根据探头的高精度和带宽需求进行分类。电压探头可分为无源探头和差分探头，它们各有优缺点，无源探头因其较高的带宽和动态范围而受到青睐。

选择正确的探头至关重要，因为 相脚配置中低侧的V gs测量只需要探头带宽，但是，高侧的 V gs 测量除了需要电流隔离、CM 抑制比和 CM 电压范围外，还需要探头带宽。

 

另一方面，电流测量技术包括电流互感器、罗氏线圈、分芯电流探头和同轴分流器。在所有这些技术中，同轴分流器具有最高的带宽，最适合测量开关电流，但不适合测量开关损耗，而罗戈夫斯基的带宽最低，不适合测量。尽管有这些优点，每种电流测量技术都会在电源环路中引入寄生电感，最终对 DUT 的开关行为产生负面影响。此外，由于具有快速开关特性，这种效应在带有印刷电路板的WBG功率器件中广泛存在，因此引入了一种新的定制电流分流设计，通过并联数十个1Ω电阻来减轻这些寄生效应。

结论

在很长一段时间内，硅一直是制造电子设备的首选材料，因其经济实惠、效率适中和值得称赞的性能而备受推崇。然而，当前的行业需要更好的材料，例如WBG材料。这些材料在效率、升高的结温、功率密度、更薄的漂移区和更快的开关速度等关键方面优于硅，使它们成为未来电力电子器件的首选材料。然而，仔细评估各种宽带隙半导体的动态特性对于优化成本效益至关重要。双脉冲测试是一种广泛采用的评估功率器件性能的方法，它不仅可以作为转换器设计的基础，还可以量化死区时间选择、效率、热管理和开关频率等动态特性。

 

WBG 器件的动态特性需要考虑几个关键因素，例如，最初，DPT 板布局应与预期转换器的布局保持一致，确保优化敏感寄生参数，例如电源环路电感、共源电感和米勒电容。其次，用于测量开关波形的探头必须满足带宽、动态范围和精度的要求，最新的探头中，优选高压无源探头和同轴分流器。然而，随着每种测量技术的增加，电流环路内的寄生电感会增加。此外，电压和电流探头都有自己的需求和特性，可以对其进行操作以获得最小的测量误差。