丝般顺滑的GaN测试体验全分享

宽禁带器件，主要指的是SiC（碳化硅）MOSFET和GaN（氮化镓）MOSFET两种功率器件，如今无论是在电力电子还是能源行业都成为了焦点词。

在电动汽车上，SiC MOSFET的应用带来5%左右的续航里程的提升以及电驱模块体积和散热需求的降低，在日常充电器上，由于GaN的应用，使得充电器的体积足以缩小，携带更为方便。

为什么宽禁带器件如此神奇？

其实是因为宽禁带器件相比传统功率器件在开关速度，Qg等参数上的提升，但这也给GaN在测试方面也带来了挑战，由于上述这些参数都属于器件动态参数，宽禁带功率器件特别是GaN MOSFET开关速度快，使用传统的动态参数测试系统无法获取准确的测试结果，甚至大部分情况下都会由于测试过程中振荡过大，造成器件或者测试夹具损坏。

自从2020年中旬是德科技宣布其动态参数测试系统可以支持GaN MOSFET测试，迅速成为宽禁带器件厂商、高校、研究所以及相关电力电子公司的优先选择。今天我们就带来一张某国产GaN MOSFET的双脉冲测试波形，让您体会一下“丝般顺滑”的GaN开关波形：

器件规格：650V 20A，封装DFN8*8，测试条件400V 10A，电感负载，温度125℃

 CH1：驱动电流； CH2：DS电流；

 CH3：驱动电压； CH4：DS电压。

前面说过，氮化镓的动态测试有这样那样的困难，那么如此“顺滑”的波形又是怎么得到的呢？

首先我们列举一下动态参数测试都有哪些因素会影响到测试结果：

1.

双脉冲测试系统中的寄生参数（功率回路）

2.

双脉冲测试系统中的驱动回路

3.

负载类型以及负载寄生参数（电感负载中寄生电容，电阻负载中寄生电感）

4.

示波器和探头带宽等规格

5.

示波器通道时间延迟校准以及探头校准

6.

测试条件以及参数提取方式

7.

钳位线路设计方式（针对GaN动态电阻测试）

由于篇幅有限，本文先主要针对第一点，双脉冲测试系统中功率回路的寄生参数进行一下讲解：

如上图所示，功率回路的寄生参数主要包括：

•

上管源极S到下管（测试管）漏级D之间的电感Lds

•

下管源极S到地GND之间的电感Lss

•

电流采样带来的寄生电感Lshunt

这些寄生参数会造成功率器件在开关过程中的振荡，对于开关速度快速的GaN HEMT器件（非CASCODE结构），10nH的寄生电感都会产生极大的影响。

下方的波形说明了Lds和Lss对开关波形的影响：

Lds对开关波形的影响

Lss对开关波形的影响

想要减小影响，需要优化布局。在实际双脉冲夹具设计中，只需要把上管下管以及对应驱动芯片靠近布局，同时优化PCB布线即可。

器件布局和布线优化Lds和Lss电感参数

除此以外，下管器件（待测器件）连接对Lds和Lss也会产生影响，器件连接所用连接线或者插座对寄生参数影响极大，一个参考，如下图所示的TO-220封装的功率器件，其pin脚长度带来的寄生电感有7-10nH左右。

为了把器件的连接电感降低到最小，焊接的方法最为可靠和直接，但是对于小而薄的GaN器件，显然焊接的方式会非常的不方便，Keysight GaN动态测试板采用最优化布线方式，然后通过非常薄的PI软膜减小器件与PCB的硬连接带来的接触电阻和不稳定性，同时只会引入非常小的额外寄生电感。

PI软膜固定到测试夹具PCB板上

放置测试器件

为了测试不同温度下器件的特性，测试系统同时可以提供高温测试，以满足室温到150度高温自动测试。

由于业界没有可供使用的高带宽大电流的电流测试探头，因此高带宽动态参数测试一般采用电流采样器（比如Keysight SiC动态测试板，如下图），但是这种电流采样器会带来超过10nH的寄生电感，无法满足GaN器件的测量。

是德科技GaN动态参数测试板采用其专利技术的电流采样线路，寄生电感<1nH （实测值200pH）。

综合以上技术，是德科技提供的GaN MOSFET动态参数测试板功率回路的寄生电感参数Lds+Lss+Lshunt 小于5nH （经实测，包括器件连接在内，实测值为3.5nH）。