本文導(dǎo)讀

SiC/GaN將開關(guān)速度推向納秒級，800V高壓下的損耗怎么測？ZUS示波器自帶雙脈沖測試功能，通過“兩次脈沖”精準(zhǔn)量化開關(guān)損耗與反向恢復(fù)數(shù)據(jù)。告別模糊的波形觀察，用精確數(shù)據(jù)支撐電路優(yōu)化。

案例背景：能效決戰(zhàn)“0.5%”時(shí)代

2025年，電動車能效戰(zhàn)進(jìn)入“0.5%決勝時(shí)代”。隨著能效分級標(biāo)簽的落地，800V平臺滲透率翻倍，某頭部車企靠99%效率的SiC逆變器搶占先機(jī)。當(dāng)800V高壓架構(gòu)搭配SiC/GaN器件后，功率開關(guān)速度被推至納秒級，高頻動作下引發(fā)的動態(tài)損耗與干擾，是工程師面臨的首要難題。雙脈沖測試，正是破解這一難題的核心密鑰。它能在瞬間的高壓高流工況下，精準(zhǔn)捕獲瞬態(tài)波形，量化開關(guān)損耗細(xì)節(jié)，讓驅(qū)動電路的優(yōu)化有據(jù)可依。

圖1 一級能效認(rèn)證

為什么要做雙脈沖測試？

在驗(yàn)證器件功率性能時(shí)，很多工廠初期傾向于直接上機(jī)測試以節(jié)省時(shí)間。但這種方式存在風(fēng)險(xiǎn)：

• 疏忽尖峰：往往會忽略極端工況下的電壓尖峰；
• 無法量化：難以具體量化單一功率器件的開關(guān)損耗；
• 后期風(fēng)險(xiǎn)：隨著工程面擴(kuò)大，設(shè)計(jì)余量的浪費(fèi)或整機(jī)故障風(fēng)險(xiǎn)會陡增。

因此，在設(shè)計(jì)階段就通過雙脈沖測試獲取并量化功率開關(guān)特性，是對電子整機(jī)系統(tǒng)開發(fā)與優(yōu)化的前瞻性保障。

原理解釋：什么是雙脈沖？

示波器雙脈沖測試的核心，是通過兩次連續(xù)的脈沖信號來判斷元件的穩(wěn)定性：

第一次脈沖：用于建立電感電流，穩(wěn)定電路狀態(tài)；

第二次脈沖：真正的測試階段，用于捕捉開關(guān)關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)的脈沖時(shí)序邏輯（t0-t5）：

t0-t2：電源上電，電路進(jìn)入穩(wěn)定準(zhǔn)備期。

t2-t3（開通）：發(fā)出第一個(gè)“開通脈沖”，器件從關(guān)閉轉(zhuǎn)為導(dǎo)通，電流上升。

t3-t4（關(guān)斷與間隔）：發(fā)出“關(guān)斷脈沖”，記錄電流電壓變化（開關(guān)損耗、浪涌），此時(shí)電感續(xù)流，為第二次脈沖做準(zhǔn)備。

t4-t5（二次開通）：發(fā)出第二個(gè)“開通脈沖”，測試導(dǎo)通特性。

t5以后（二次關(guān)斷）：元件切回關(guān)閉，再次記錄關(guān)斷時(shí)的能量損耗、電壓尖峰。

示波器正是通過捕捉這幾次動作前后的微秒級波形，直觀評判器件是否穩(wěn)定、高效。

圖2 雙脈沖原理

數(shù)據(jù)維度：雙脈沖主要測什么？

ZUS示波器能夠?qū)⒉ㄐ无D(zhuǎn)化為三大類核心數(shù)據(jù)：

1、開關(guān)損耗參數(shù)

開通損耗 (Eon)：影響高頻工況下的發(fā)熱與續(xù)航。

關(guān)斷損耗 (Eoff)：在SiC/GaN高頻應(yīng)用下，該損耗占比極高。

2、時(shí)序參數(shù)（納秒級）

延遲時(shí)間 (td)：影響驅(qū)動信號與器件動作的同步性。

上升/下降時(shí)間 (tr/tf)：直接決定di/dt大小，其中SiC的下降時(shí)間通常在納秒級。

3、應(yīng)力與反向恢復(fù)參數(shù)

電壓尖峰：關(guān)斷瞬間的Vds/Vce過沖，需通過測試指導(dǎo)緩沖電路設(shè)計(jì)，防止器件擊穿。

電流變化率 (di/dt)：變化過大會引發(fā)EMI干擾。

反向恢復(fù) (Irr/Qrr)：評估續(xù)流二極管的損耗與干擾特性。

落地實(shí)測：ZUS系列示波器怎么測？

ZUS系列示波器自帶專業(yè)的雙脈沖測試功能，覆蓋損耗測試和反向恢復(fù)測試。用戶可根據(jù)實(shí)際需求直接調(diào)取功能。今天主要介紹雙脈沖功能中的損耗測試。

圖3損耗測試

完整的雙脈沖測試平臺包括測試物（DUT）、直流電源、輔助電源、信號發(fā)生器（ZUS系列示波器自帶信號發(fā)生器）、示波器、電壓探頭、電流探頭等硬件組成。

針對不同的測試環(huán)境與預(yù)算，提供兩套差異化電壓測試探頭方案：

1、性價(jià)比優(yōu)選方案

配置：ZP1500D高壓差分探頭

場景：適合測試環(huán)境相對干凈、對成本敏感的場景。以高性價(jià)比滿足常規(guī)電壓測試需求。

圖4 ZP1500D

2、精度優(yōu)先方案

配置：ZOP5035光隔離差分探頭

場景：適合有噪聲干擾、對精度要求嚴(yán)苛的場景。光隔離設(shè)計(jì)抗干擾能力極強(qiáng)，誤差更小，是SiC高精度測試的首選。

圖5 ZOP5035

測試步驟簡述：確認(rèn)連接環(huán)境 → 設(shè)定關(guān)鍵參數(shù)（漏源電壓VDS、門極電壓VGS、漏極電流ID）可根據(jù)實(shí)測需求對參數(shù)進(jìn)行修改→點(diǎn)擊運(yùn)行，即可看到測試分析結(jié)果。測試波形和數(shù)據(jù)結(jié)果支持導(dǎo)出報(bào)表格式。

圖6 雙脈沖測試

圖7 導(dǎo)出結(jié)果

總結(jié)：雙脈沖測試的核心優(yōu)勢

雙脈沖測試是評估IGBT/SiC等功率器件動態(tài)特性的關(guān)鍵手段，具備無可替代的優(yōu)勢：

接近實(shí)際工況：通過電感負(fù)載模擬真實(shí)逆變器中的電流連續(xù)模式（CCM）。

可重復(fù)性強(qiáng)：每次測試條件可控，便于對比不同器件、驅(qū)動參數(shù)等。

全面評估動態(tài)特性：一次測試即可獲得開通、關(guān)斷、二極管特性、損耗、電壓電流應(yīng)力等；

無需復(fù)雜負(fù)載：只需一個(gè)電感，比全功率測試更安全、經(jīng)濟(jì)、高效；

是器件選型與驗(yàn)證的標(biāo)準(zhǔn)方法：廣泛用于IGBT / SiC / GaN器件評估與驅(qū)動優(yōu)化。

ZUS系列示波器內(nèi)置雙脈沖測試功能，一鍵捕捉納秒級波形，精準(zhǔn)量化開關(guān)損耗、電壓尖峰等參數(shù)，為功率電路的能效優(yōu)化提供核心支撐。