革新宽禁带器件测试！泰克推出无钳位软件方案，精准捕捉动态导通电阻

发布时间：2025-9-18

类别：行业动态

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在全球能源效率需求日益增长的今天，以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为代表的宽禁带（WBG）半导体正迅速成为高效电源转换器的核心。然而，这些先进材料在发挥卓越性能的同时，也带来了新的表征挑战，其中，动态导通电阻（RDS(on)） 的精确测量已成为设计人员理解和优化系统性能、评估电荷俘获效应影响的关键瓶颈。

长期以来，工程师们依赖于传统的二极管钳位电路来执行这一关键测量。但这一方法复杂且存在固有误差。近日，测试测量领域的领导者泰克科技（Tektronix）正式宣布，为其广受欢迎的4、5和6系列MSO混合信号示波器推出宽禁带双脉冲测试（WBG-DPT）测量软件。该软件引入了一项颠覆性的软件钳位方法，结合独特的双探头技术，彻底摒弃了对物理钳位电路的需求，为动态RDS(on)测量树立了新的行业标杆。

一、 为何动态导通电阻（RDS(on)）如此至关重要？

对于功率MOSFET而言，数据手册中的导通电阻（RDS(on)）是一个静态值。但在实际的高速开关应用中，尤其是在宽禁带器件中，情况远非如此。

由于碳化硅和氮化镓材料中存在陷阱能级，在高频、高压的开关应力下，载流子会被“俘获”，导致器件在开关事件后无法立即恢复到其完全导通的状态。其表现就是，实际的导通电阻会随时间变化，通常高于其静态值，这种现象被称为电荷俘获效应或“动态RDS(on)退化”。

这种退化会直接导致：

1. 导通损耗增加：更高的动态电阻意味着更高的I²R损耗，从而降低整个电源转换系统的效率，甚至引发热失控。

2. 系统可靠性下降：额外的热量积累会缩短器件寿命，影响系统长期稳定性。

3. 设计裕量难以把握：若仅凭数据手册的静态值进行设计，系统在实际运行中可能无法达到预期性能。

因此，精确测量动态RDS(on)随时间的变化曲线，对于评估器件性能、比较不同供应商的产品、以及最终设计出高效可靠的电源方案至关重要。

二、 传统测量之殇：二极管钳位电路的挑战

过去，动态RDS(on)的测量严重依赖于一个精心设计的二极管钳位电路。其核心目的是在示波器测量漏源电压（Vds）时，将巨大的开关电压（通常是数百伏）“钳位”到一个较低的水平（如几伏），以防止示波器输入过载，同时保留mV级别的导通电压细节以供精确计算Rds(on) = Vds / Id。

然而，这种方法存在诸多固有缺陷：

• 复杂性高：需要自行设计和搭建一个无失真、高速的钳位电路，对工程师的射频和模拟电路设计能力要求极高。

• 引入测量误差：二极管的反向恢复特性、寄生电感和电容会扭曲电压波形，导致测量结果不准确，尤其是在超高速的GaN开关场景下。

• 校准困难：钳位电路本身需要频繁校准，以确保其衰减比的准确性，整个过程耗时耗力。

• 带宽限制：即使是最好的二极管，其速度也可能成为限制测量带宽的因素，无法完全捕捉最新的超快开关事件。

这些挑战使得动态RDS(on)的测量成为一项繁琐且容易出错的任务，阻碍了工程师快速、准确地获得可信数据。

三、 泰克破局：软件定义钳位，双探头技术化繁为简

泰克全新的WBG-DPT测量软件解决方案，从根本上改变了这一游戏规则。它摒弃了物理钳位电路，转而采用一种智能的、基于软件的创新方法。

核心技术原理：

1. 独特的双探头设置：

• 高压差分探头：用于直接测量开关节点上的全幅值漏源电压（Vds），包括高电压开关脉冲和低电压导通平台。

• 同轴电流探头或罗氏线圈：用于精确测量漏极电流（Id）。
  这两路信号均直接接入泰克4/5/6系列MSO示波器，该系列示波器具备高分辨率、高带宽和低噪声的优异特性，为精确采集原始数据提供了基础。

2. 智能软件钳位算法：
   软件的核心创新在于其强大的后处理能力。它首先自动识别每个开关周期中的高压开关区间和低电压导通区间。

• 在高压区间，软件会忽略或降低该区域的显示增益，专注于保护显示不被过载。

• 在关键的低电压导通区间，软件会自动应用极高的增益（放大），虚拟地“放大”mV级别的Vds信号，使其能够被清晰、精确地测量，就如同一个理想的、无失真的数字钳位电路在工作。

这一方法的巨大优势：

• 极致简化：无需再设计、搭建和校准复杂的硬件钳位电路，节省了大量时间和成本。

• 超高精度：消除了二极管钳位带来的所有寄生效应和恢复失真，测量结果完全基于示波器探头和本身的性能，数据更真实、更可靠。

• 无缝工作流：软件深度集成于示波器系统，提供一键式测试流程——自动配置示波器设置、自动生成双脉冲、自动计算动态RDS(on)、开关能量（Eon, Eoff）、米勒平台等关键参数，并生成全面的测试报告。

• 可视化洞察：软件能够清晰地绘制出动态RDS(on)随时间变化的曲线，直观地展示电荷俘获和退火效应，帮助工程师深入理解器件特性。

四、 为电源设计新时代赋能

泰克的WBG-DPT软件不仅仅是解决了一个测量难题，更是为宽禁带技术的普及和应用扫清了一个重要障碍。它使得无论是经验丰富的功率电子专家还是新入行的工程师，都能以前所未有的便捷性和信心，去表征、验证和优化他们的电源设计。

通过获得更精准的动态性能数据，工程师可以：

• 更准确地预测系统效率和温升。

• 选择合适的器件并优化驱动电路，以最小化电荷俘获效应。

• 加速从原型设计到量产的全过程，缩短产品上市时间。

结语

随着宽禁带半导体继续向数据中心、新能源汽车、可再生能源等关键领域渗透，对其性能的深度洞察变得愈发重要。泰克此次推出的WBG-DPT测量软件及其创新的软件钳位技术，标志着动态参数测试进入了一个新的时代。它化繁为简，将测量从复杂的硬件依赖中解放出来，通过软件的力量提供了无与伦比的精度和易用性，必将成为每一位电源设计工程师工具箱中不可或缺的强大武器，共同推动更高效、更可靠的绿色能源未来。