T∕CASAS 033-2024 碳化硅金属氧化物半导体场效应晶体管(SiC MOSFET)功率器件开关动态测试方法

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​​一、范围与适用性​​

1. ​​核心范围​​
   • 规定​​双脉冲测试​​条件下SiC MOSFET功率器件的开关动态测试方法。
   • 适用于​​分立器件​​和​​功率模块​​等封装形式的SiC MOSFET。
   • SiC JFET、BJT、IGBT等其他SiC晶体管可参照执行。
2. ​​测试目标​​
   • 测量开关时间（开通/关断延迟、上升/下降时间）、开关损耗、开关速度（dv/dt、di/dt）及反向恢复特性。

​​二、测试电路与条件​​

1. ​​测试电路​​
   • ​​双脉冲测试电路​​（图1）：
     • 被测器件（DUT）位于下桥臂，钳位电感连接桥臂中点与直流母线正极。
     • 上桥臂器件类型（如二极管或MOSFET）需在结果中注明。
       
   • ​​工作波形​​（图2）：
     • 第一个脉冲宽度（tₚₒₙ₁）≤ 200μs，避免器件自发热影响结果。
       
2. ​​关键测试条件​​
   • ​​环境要求​​：
     • 温度20–30℃、湿度30–65%、海拔≤2000m。
   • ​​直流电源​​：
     • 输出电压误差<±0.5%，充电速度≤1000V/s。
   • ​​直流母线电容​​：
     • 容值需满足 C_{dc} \geq \frac{L I_L^2}{K_v V_{dc}^2}（电压波动率Kᵥ=1–5%）。
     • 降低寄生电感（Lₑₛₗ + L₋ᵦᵤₛ），避免使用缓冲电路。
   • ​​钳位电感​​：
     • 电感值范围 \frac{V_{dc} t_{on}}{K_i I_L} \leq L \leq \frac{V_{dc} t_{max}}{I_{Lmax}}（电流波动率Kᵢ=1–5%）。
     • 需为​​空心电感​​，饱和电流>测试电流，等效并联电容（Cₑₚc）≤器件输出电容的10%。
   • ​​驱动电路​​（图4）：
     • 驱动芯片需高CMTI（≥100V/ns）、低输入输出电容（Cᵢₒ≤5pF）。
     • 驱动电阻设计需满足峰值电流公式（式6-7）。
       
   • ​​温控平台​​：
     • 控温范围室温–175℃，精度±2%，结温需稳定后测试。

​​三、测试仪器与方法​​

1. ​​仪器要求​​
   • ​​电压探头​​：
     • 带宽≥500MHz，输入电容<5pF，CMRR≥80dB@0Hz/60dB@100MHz。
   • ​​电流探头​​：
     • 带宽≥200MHz，寄生电感<5nH，噪声<0.1mA。
   • ​​示波器​​：
     • 带宽≥500MHz，分辨率≥10位，采样率与存储深度需足够。
2. ​​测试步骤​​
   • ​​校准​​：探头调零、延迟校正（同步误差<0.5ns）。
   • ​​接线​​：采用开尔文连接，避免多点接地。
   • ​​数据处理​​：多次测试取平均值，数字滤波降噪。

​​四、结果计量方法​​

1. ​​开关时间定义​​（图8）
   • ​​开通过程​​：
     • 延迟时间t₍ₒₙ₎（V₍gₛ₎↑10% → I₍dₛ₎↑10%）。
     • 上升时间tᵣ（I₍dₛ₎从10%→90%）。
   • ​​关断过程​​：
     • 延迟时间t₍ₒff₎（V₍gₛ₎↓90% → I₍dₛ₎↓90%）。
     • 下降时间tf（I₍dₛ₎从90%→10%）。
       
2. ​​损耗计算​​
   • ​​开通损耗Eₒₙ​​：积分区间 V₍gₛ₎↑10% → V₍dₛ₎↓3%。
   • ​​关断损耗Eₒff​​：积分区间 V₍gₛ₎↓90% → I₍dₛ₎↓3%。
   • ​​反向恢复损耗Eᵣᵣ​​（图9）：积分区间 V₍ₛd₎↓0 → I₍ₛd₎↓2%。
     
3. ​​开关速度​​
   • dv/dt：电压变化率（10–90%区间）。
   • di/dt：电流变化率（10–90%区间）。

​​五、安全与记录​​

1. ​​安全规范​​
   • 高压/高温区域需隔离防护，测试时需专业人员操作。
   • 符合GB 4793.5-2008（电气安全）和GB/T 19212.17-2019（电源安全）。
2. ​​测试记录​​
   • 使用标准化表格（附录A），记录电路配置、测试条件及结果参数（如t₍ₒₙ₎、Eₒff、di/dt等）。

​​六、技术背景​​（引言部分）

• SiC器件因​​高压/高频/高温​​特性突破硅器件极限，传统测试方法无法满足需求。
• 本标准旨在解决SiC测试缺乏​​定量规范​​和​​行业共识​​的问题，推动第三代半导体产业发展。

总结覆盖文档核心内容：测试原理、硬件配置、仪器标准、计量方法及安全要求，严格遵循原文技术细节。