碳化硅(SiC) 器件的測試通常涉及不同的電路板和設置，用于開關損耗測量與全功率測試。在這些測量中的每一個中，都必須仔細考慮連接柵極驅動器、PWM 控制器、化功率和柵極環(huán)路電感以及創(chuàng)建不會嚴重影響測量本身的測試接口。在本文中，我們將展示一個由 Wolfspeed 創(chuàng)建的名為 SpeedVal Kit? 的新測試平臺。該 SiC 測試套件提供了一種使用模塊化平臺進行設備和產(chǎn)品應用測試的整體方法。

模塊化 SiC 測試套件：SpeedVal Kit?

如圖 1 所示，該套件包括一塊母板、來自與 Wolfspeed 合作的不同供應商的柵極驅動卡、承載待測 SiC MOSFET 的功率器件卡、允許全功率測試的附件板，以及控制卡可以提供PWM信號和接口作為固件開發(fā)的平臺。

讓我們更詳細地討論這些板中的每一個。

主板

該板基本上配置為半橋配置。如所示，它有柵極驅動卡、功率子卡和可選控制卡的接口插槽。它包括冷卻風扇、Kemet 薄膜和陶瓷直流總線電容器、外部電源和信號連接以及電流和電壓感應。

柵極驅動卡

SpeedVal Kit? 目前支持來自與 Wolfspeed 合作的不同公司的三個柵極驅動器。這些如圖 3 所示。正在添加對其他柵極驅動器的支持。該卡還支持用于驅動器隔離的隔離式 DC-DC 轉換器。

電源子卡

這接受要測試的 SiC MOSFET，無論是通孔還是 SMT 封裝。SiC 測試板配置為半橋操作，包括用于高功率測試的散熱器。放置電壓和電流感測連接，稍后討論，用于開關損耗測量。可以添加柵極電阻器 (Rg) 以控制轉換率。圖 4 描繪了該板的簡化原理圖。

Buck-Boost LC濾波器和空心電感

如圖 6 所示，該可選板支持在指定功率水平下根據(jù)應用降壓或升壓轉換器要求進行測試。多個功率級別可用于在廣泛的工作范圍內進行測試。定制設計的空心電感有 6 種電感選項，旨在限度地減少寄生電容，以實現(xiàn)的雙脈沖測試 (DPT)。

控制卡

可選的控制卡為柵極驅動器提供 PWM 信號，并具有用于控制和固件開發(fā)的基于計算機的 GUI?？梢允褂?Texas Instruments 或 NXP 的卡。

SpeedVal Kit? 的規(guī)格、SiC 測試示例和優(yōu)勢

一些規(guī)格

該套件設計用于在 900V 的電壓水平和 40A RMS 的電流下測試 SiC MOSFET。它針對半橋架構進行配置，并允許基于此進行多項測試，如圖 6 所示。

化電源環(huán)路電感

開關測試高度依賴于換向路徑中的寄生電感。如圖 8(a) 和 8(b) 所示，正軌和負軌與子卡的總線連接通過一組 33 個引腳完成，并放置在新型卡緣連接器的兩端。這確保了環(huán)路面積和大約 24 nH 的低總環(huán)路電感。雖然可以采用更昂貴/更復雜的方法來進一步降低這一點，但該板的設計旨在嘗試模擬現(xiàn)實生活中的開關條件，而不是使 SiC 測試條件在客戶應用中不切實際。

電流檢測

開關 SiC 測試（例如 DPT）期間的電流感測也會對測量結果產(chǎn)生巨大影響。需要高帶寬并且需要化感測的插入電感，因為這會在關斷時增加過沖并減少在開啟時測量的反向恢復時間。該板上采用的選項之一是使用八個 SMD 分流器 0603 電阻器的并聯(lián)連接。為獲得良好的信噪比，建議將 1 Ω 電阻器用于 DPT 測試，而將更低 (40-80 mΩ) 的值用于連續(xù)功率測試。這種 SMD 分流方法與 2 級電流互感器 (CT) 檢測方法之間的比較顯示了類似的結果，分流方法的 L 略低。電源子卡也可以采用2級CT sense方式，這是提供電流隔離的附加優(yōu)勢。連續(xù)功率運行的變壓器飽和使得這種 CT 檢測方案僅在 DPT 等開關測試中有用，需要注意將脈沖持續(xù)時間降至 20 – 30 μs 以下。

開關測試示例比較封裝類型

本例突出顯示了開關性能的 MOSFET 封裝類型的直接比較。如圖 8(a) 所示，將 4 引腳 TO-247 部件與 7 引腳 TO-263 SMT 進行了比較，封裝是的區(qū)別。

圖 8(b) 說明了 DPT 測試的開關損耗比較。SMT 封裝具有較低的電感并按預期運行，具有較低的關斷損耗 (EOFF) 和較高的導通損耗 (EON)，這是由于高端 SiC 測試 FET 上較高的反向恢復電流所致。

全功率測量

借助降壓升壓濾波器板，降壓或升壓轉換器應用可以在此套件上以全功率運行。這允許測量熱數(shù)據(jù)和轉換器效率。圖 9 描述了在以 16.5 kW 運行的 20 kHz 同步升壓轉換器上進行的這些測量。