從 1958 年通用電气公司发布第一款工业用一般晶闸管结束，電能的转换和控制就进入了電力電子器件组成的变流器时代，这也标志着電力電子技术的产生。電力電子技术也应用非常广泛，包括各种電子产品、家用電器、航空航天、新能源土地的光伏逆变器、電动汽车電力系统、智能電网、轨道交通等。

電力電子是現代科學、工業和國家部委的重要支撐技術，而半導體功率器件則是電力電子技術的核心和基礎，也是電力電子模塊中成本占比最高，同時也是最容易發生故障的元器件。

怎么選擇更适合产品设计的功率器件，如何分析功率器件的不良原因等基本上電力電子行业從业者最为关系的问题。

是德科技作爲測量行業領導者，提供最全面的功率器件解決方案，小編在這裏給大伙儿彙總一下，值得收藏：

1. 功率器件靜態參數測試

2. 功率器件動態參數測試

3. 功率器件 On-Wafer 参数测試

4. 電力電子器件建模

5. 電力電子電路仿真平台

器件靜態參數測試

靜態參數主假如指自己固有的，與其工作條件無關的相關參數，要紧包括：門極開啓電壓、門極擊穿電壓，集電極發射極間耐壓、集電極發射極間漏電流、寄生電容（輸入電容、轉移電容、輸出電容），以及以上參數的相關特征曲線的測試。

碳化矽（SiC）和氮化镓（GaN）等全新宽带隙材料能够支持大電压和高切换速度，在新兴大功率应用土地具有广阔前景。IGBT 可以作为众多应用的電子开关，同时其重要性持续增加。在高電压直流偏置条件下（高达 3kV），高击穿電压（达 10kV）、大電流（数千安培）、栅极電荷以及连接電容表征和器件温度特征和 GaN 器件電流分裂效应测量功能都非常需要，是推动新器件尽快上市的重要保证。

面對功率器件高壓、高流的測試要求，Keysight 可以提供 B1505A 和 B1506A 两套测試方案，可以支持晶圆和封装器件全参数测試：

■測量所有 IV 参数（Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat 等）；

■測量高電壓 3kV 偏置下的输入、输出和反向转移電容；

■支持自動 CV 测試；

■測量柵極電荷（Qg）；

■電流崩塌測試；

■高低溫測試功能（-50°C 至 +250°C）。

典型測試视频案例

其中 B1506A 有着宽泛的電流和電压工作范围（1500A，3kV），易于使用同时支持全自动测試，可以完成功率器件 IV、CV 和 Qg 全参数测試，最后输出产品 Datasheet 报告。

使用 B1506A 的 Datasheet 测試功能对某 IGBT 功率模块进行实测，整个测試过程使用非常简单，在极短的时间内完成 IV、CV 和 Qg 参数测試。

具體測試步驟如下：

1、選擇 IGBT 测試模板，比照测試要求设置测試条件；

2、設置測試曲線的顯示範圍；

3、選擇需要测試的参数；

4、點擊執行測試。

測試完成後，可以生成 Datasheet 测試报告如下所示，包括 IV 参数（击穿電压、漏電、开启特征），CV 参数（Rg、输入、输出和反向传输電容）和栅极電荷 Qg。

圖：實際測試結果

功

試

隨著開關頻率的不斷增加，器件的開關損耗超過靜態損耗成爲要紧功耗來源，器件的動態參數也成爲評估器件性能的重要參數。相對于器件的靜態參數，動態參數要紧表征的是器件在開啓或關斷瞬間的電學特征參數。

是德科技最新发布的功率器件動態參數測試仪 PD1500A，涵盖的测試包括：

■開啓特征：t_d(on)，t_r，t_on，e_(on)，dv/dt，di/dt

■關斷特征：t_d(off)，t_f，t_off，e_(off)，dv/dt，di/dt

■開關特征：I_d vs t，V_ds vs t，V_gs vs t，I_g vs t，e vs t，I_d vs V_ds

■反向恢複：t_rr，Q_rr，E_rr，I_rr，I_d vs t

■柵極電荷：V_g vs Q_g（Q_gs(th)，Q_gs(pl)，Q_gd）

■輸出特征曲線：I_d vs V_g，I_d vs V_d

■短路测試和雪崩能量，Dynamic Ron（可升級）

Keysight PD1500A 动态参数测試仪基于双脉冲测試原理，结合 Keysight 专业的测量技术，例如使用钳位线路解决示波器过驱动恢复问题，示波器 ADC 自动补偿和校准，通道时间延时自动校准，去嵌技术实现 GHz 带宽大電流的测試，专用测試夹具排除寄生参数的妨碍，来实现高精度可重复的专业级测量，支持 IGBT, MOSFET, SiC MOSFET，GaN（可升级）等功率器件动态参数的测量。

功率器件 On-Wafer 参数测試

在封装之前，晶圆上测量可以采集重要的工艺信息，帮助节约大批的时间和资金，在晶圆上履行大功率器件测試的功效高于封装测量。然而，功率器件晶圆上测量必须解决電压与電流问题。

B1505A 支持低糟粕電阻電缆以及能够连接所有常用大功率分析晶圆探头的连接器和适配器。您可以使用 B1505A 履行此前无法实现的高达 200A 和 10kV 的大電流和高電压晶圆上测量，以及高达 3kV 的晶圆上 IGBT/FET 電容与栅极電荷测量。同时，B1505A 支持众多晶圆探头互锁机制，可以确保晶圆上器件测試的安全性。

大多数功率器件都以提升可承担電压和降低器件导通電阻为目标，意味着测試应用的電流和電压将随之增大。B1505A 的体系结构非常适合上述开发环境。例如，B1505A 配置 HCMSU 与 20 A 電流测量功能的解决方案可以便宜地升级：添加 UHC 模块即可支持 500A 或 1500A 的测量。

如下圖所示，在使用 B1505A 连接探针台构建一套压服（3KV，甚至高达 10KV）和高流（500A）测試系统。

圖：高壓高流 On-Wafer 测試系统

電

力電子器件建模

线路仿真能够有效地降低项目中的风险，缩减项目周期和成本，为了达成准确的仿真结果，第一要有准确的器件模型，特别在功率器件的部分。依据前面提到的静态和动态参数测量，我们还需要测試器件 S 参数用来提取封装特征及不同偏置電压下的动态電容变化。有了所有这些参数，就可以转换成准确的功率器件模型。

現在大多數功率器件基本上基于 Level 3 MOS 管的模型，加上许多非线性方程式结合而成。这需要对功率器件及建模有充分的熟悉才能实现。是德科技针对電力電子功率器件提供了专用的模型，可以基于 PD-1000A 测量到的静动态参数，S 参数直接进行建模，自动产生对应的模型。此软件就是 PEMG（Power Electronics Model Generator）.PEMG内针对三种器件提供模型，分别是 GaN HEMT，IGBT 以及 PowerMOS，可以涵盖所有主流的功率器件。

在這三種模型中，GaN HEMT 使用的是 ASM-HEMT 模型，此模型在 2017 年通过 CMC 协会的认证，为标准化的器件模型。而 IGBT 和 POWERMOS 模型是参考 Angelov 模型中的方程，简历稳定、便宜使用的模型。PEMG 提供整合的模型界面及参考建模流程，使用者可以在同一界面下，完成仪器测量（气象态参数，S 参数），自动读取参数，参数调整优化及模型验证等工作。

電力電子電路仿真平台

在现今電力電子设计的挑战上，如何在更小的体积内，提供更高的功率。例如 USB-PD 及 QC 等应用，需要为移动设备，提供快速充電的能力。在变压器的设计，大部份的体积由電感/线圈及散热片所佔据。要缩小线圈及散热片的体积，必须提高转换的频率及转换的功效。如此一来，使用 SiC 或 GaN 之类的晶体管是一个必定的趋向。然而，除了需要晶体管准确的模型之外，電路板的模型也是不可获缺的。

在传统的设计流程中，使用的是较为简单的電路仿真器，搭配简化的消沉元件模型。这需要使用者大批的设计经验，才能获的准确的仿真结果。而更多情况是，因为仿确实结果不准确，使用者倾向于直接将電路板製作出来，直接上件后在实验室测量。这需要花费较多的时间，及多次的设计改板才能获得一最后的设计。另一方面，如果第一版的電路失效，需要花费更多的时间进行除错、修正，在时间及人力的投资是相当可观的。这也是为什麽我们需要仿真软件的原因。

是德科技提供 ADS 仿真平台，可以在这平台上直接进行前仿（pre-layout simulation）及後仿（post-layout simulation）。在前仿的部份可直接使用 PEMG 抽取的模型参数，搭配内建的行为级模型，例如 PWM 产生器、运算膨胀器（OPAMP）、非线性磁性元件，建立关键電路原理图。接著在同一平台上，可以直接进行版图的设计，并抽取版图的寄生電路，直接导回原理图仿真，完成后仿。在这整合的设计环境下，使用者可以实现精细化仿真，使用仿真精确的预估電路的特征，一次完成最后设计，就能达设设计指标。另外，ADS 仿真平台还提供一键生成 EMI 测試電路，使用者可以在 ADS 上完成 EMI 的仿真，优化 EMI 的设计，以适合EMC 的指标。