作者丨鼎陽科技 陳嘉明

引言

近年來，隨著工業控制市場、新能源汽車市場、新能源發電領域的需求增長，功率器件的相關需求也在不斷增加，對功率器件的性能要求也在逐漸提高。功率器件是半導體器件的重要分支，主要用于處理高電壓和電流的電能轉換和控制，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：

利用其單向導通性，用于電路的整流與穩壓等方面。

晶體管：

典型的晶體管有雙極性晶體管(BJT)和場效應晶體管(FET)等，廣泛用于放大器、音頻放大器、電源調節器等器件中，用于功率放大和開關電路。

晶閘管：

有普通晶閘管(SCR)、雙向晶閘管(TRIAC)、可關斷晶閘管(GTO)等，用于交流調壓和可控整流中。

MOSFET：

單極型器件，具有開關速度快、驅動功率低、輸入阻抗高的特點，適合高頻應用，常用于高頻開關電源、DC-DC轉換器、電機驅動等對開關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)組合而成的復合器件，具有MOSFET的高輸入阻抗和BJT低導通壓降的優點同時有著較強的耐壓能力，適用于高壓應用，同時在電力電子領域都得到了廣泛的應用。

新型碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)功率器件：

新型寬禁帶半導體材料制成的功率器件，有著高耐壓、低導通電阻、高開關頻率、耐高溫的特點，廣泛用于新能源汽車、充電樁、太陽能逆變器、工業電源等領域。其中在高壓快充的趨勢下電動車是新型功率器件最重要的應用場景，800V SiC平臺的應用也在帶動SiC功率器件的發展。

02 難點與挑戰

如今，MOSFET和IGBT在各個領域中得到越來越廣泛的應用，如何有效地進行MOSFET和IGBT相關參數的測試是困擾許多工程師的難題。

IGBT的導通與關斷設計的過程較多，對其開關特性的準確測量和分析帶來了一定的難度。同時IGBT的安全工作區(SOA)的確定需要考慮多個因素，如電壓、電流、時間等。

在測量中，同樣容易受到寄生參數的影響，器件封裝和測試電路中存在的寄生電感、電容等參數在高頻和高速開關測試中會對結果造成顯著影響導致信號失真與測量誤差。同時，MOSFET和IGBT的開關速度快，對其進行動態特性測試時需要高精度的測試設備和快速的響應時間，選擇合適的測量儀器進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備協同工作，以更好地表征器件的參數，功率器件中常見的測試項目包括以下幾個方面：

1.     靜態參數測試：

導通電阻(Rds(on))：對于MOSFET等器件，測量在導通狀態下漏極與源極之間的電阻。

閾值電壓(Vth)：器件開始導通時的柵極電壓。

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.     動態參數測試：

開關時間(ton、toff)：測量器件從導通到截止或從截止到導通的時間。

開關延遲時間(td(on)、td(off))：功率器件開關過程中，從控制信號開始施加/下降到器件開始導通/關斷之間的時間間隔。

損耗(Eon、Eoff)：測量開關過程中的電壓和電流以計算器件在開通和關斷時的能量損耗。

電流上升下降時間(tr、tf)：待測電流從10%上升到90%額定值所用時間。