現(xiàn)在的功率電子面臨的最大挑戰(zhàn)是對使用了碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體的系統(tǒng)進行測試。電源轉(zhuǎn)換器等功率設(shè)備使用這些寬禁帶材料后，工作頻率、電壓和溫度會更高。這給轉(zhuǎn)換器設(shè)計帶來了諸多優(yōu)點，提高了功率效率，減少了尺寸和重量，還降低了制造成本。許多注重功率密度和尺寸的設(shè)備早已使用WBG材料，包括太陽能設(shè)施、電動車(EV)、電動車充電器和消費類電子設(shè)備。

有一點需要注意，盡管SiC和GaN材料具有許多優(yōu)點，測試采用這些技術(shù)的電路時會面臨一些特殊的挑戰(zhàn)：

? 電磁干擾：開關(guān)頻率、邊沿斜率和電壓變得更高，加劇了過沖和振鈴，從而產(chǎn)生更大的頻率諧波。轉(zhuǎn)換器設(shè)計中會由此出現(xiàn)更嚴重的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。

? 寄生效應(yīng)：無源器件的寄生特性在高頻下會降低功率設(shè)備的性能，需要正確識別這些寄生效應(yīng)。

? 動態(tài)范圍：功率電子設(shè)備的電流和電壓量程較大，難以準確測量。

? 量化損耗：快速斜率變化給估計晶體管的開關(guān)損耗帶來了挑戰(zhàn)。寄生效應(yīng)、傳播延遲和測試與測量設(shè)備的帶寬等因素都會影響損耗的計算。

羅德與施瓦茨公司針對功率電子設(shè)備測試的挑戰(zhàn)所提供的解決方案。文章涵蓋了從器件測試到生產(chǎn)測試的各個方面，詳細描述了羅德與施瓦茨的測試設(shè)備如何幫助工程師應(yīng)對使用寬禁帶半導(dǎo)體材料帶來的挑戰(zhàn)。以下是對這些核心內(nèi)容的簡要概述：

1. 功率電子測試的挑戰(zhàn)：

  電磁干擾：高頻開關(guān)導(dǎo)致嚴重的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射。

  寄生效應(yīng)：高頻下無源器件的寄生特性影響設(shè)備性能。

  動態(tài)范圍：大電流和電壓量程的準確測量困難。

  量化損耗：快速斜率變化增加開關(guān)損耗估計的復(fù)雜性。

2. 羅德與施瓦茨的解決方案：

  EMC測量：從早期EMI測量到完整EMC一致性測量，提供示波器和頻譜分析儀。

  無源器件測試：使用LCR表模擬實際工作條件，評估器件性能。

  高壓和大電流測量：示波器和高壓差分探頭用于準確測量大偏置范圍內(nèi)的小信號。

  電源模擬：提供靈活的電源設(shè)備，模擬不同的輸入和負載場景。

3. 器件表征：

  無源器件測試：R&SLCX100/LCX200 LCR表測量復(fù)阻抗，提供等效電路圖數(shù)值。

  半導(dǎo)體特性測量：R&SNGU源測量單元進行I/V掃描，推導(dǎo)半導(dǎo)體參數(shù)。

4. 電池模擬與管理：

  電池單元模擬：R&SNGM200電源系列模擬真實電池輸出性能。

  電池管理系統(tǒng)：R&SNGL200和R&SNGM200支持雙象限操作，模擬電池盒特性。

5. 電源轉(zhuǎn)換器驗證：

  自動測量：示波器電源分析軟件提供必要測量功能，如浪涌電流、輸出頻譜等。

  多通道測量：八通道示波器便于測量多級結(jié)構(gòu)功率設(shè)備。

  控制環(huán)路響應(yīng)：使用示波器和頻率響應(yīng)分析選件驗證控制環(huán)路的穩(wěn)定性。

6. 開關(guān)分析：

  高壓測量：R&SRT-ZHD探頭和R&SRT-ZISO隔離探測系統(tǒng)用于高電壓和快速開關(guān)環(huán)境。

  雙脈沖測試：聯(lián)合PE-Systems提供動態(tài)開關(guān)行為表征解決方案。

7. EMI調(diào)試：

  早期設(shè)計階段：示波器具備快速響應(yīng)的FFT分析功能，支持獨立式EMI測試。

  預(yù)一致性測量：示波器與近場探頭和高壓差分探頭結(jié)合，優(yōu)化功率電子電路。

8. 驗證與生產(chǎn)測試：

  電源轉(zhuǎn)換器測試：MXO5和MXO5C示波器適用于高垂直分辨率、深存儲的測試需求。

  家用電器測試：R&S?NPA功率分析儀系列根據(jù)IEC62301等標準進行效率測試。

9. 標準實驗室設(shè)備：

  電源：提供多種型號的直流電源，滿足不同功率和精度需求。

  萬用表：R&S?HMC8012數(shù)字萬用表具備高分辨率和精度，適用于實驗室使用。

為功率電子設(shè)備的測試與測量提供了全面的解決方案，通過羅德與施瓦茨的高質(zhì)量測試設(shè)備，幫助工程師在設(shè)計、驗證和生產(chǎn)階段獲得準確可靠的結(jié)果。