碳化硅(SiC) 器件的测试通常涉及不同的电路板和设置，用于开关损耗测量与全功率测试。在这些测量中的每一个中，都必须仔细考虑连接栅极驱动器、PWM 控制器、化功率和栅极环路电感以及创建不会严重影响测量本身的测试接口。在本文中，我们将展示一个由 Wolfspeed 创建的名为 SpeedVal Kit? 的新测试平台。该 SiC 测试套件提供了一种使用模块化平台进行设备和产品应用测试的整体方法。

模块化 SiC 测试套件：SpeedVal Kit?

如图 1 所示，该套件包括一块母板、来自与 Wolfspeed 合作的不同供应商的栅极驱动卡、承载待测 SiC MOSFET 的功率器件卡、允许全功率测试的附件板，以及控制卡可以提供PWM信号和接口作为固件开发的平台。

让我们更详细地讨论这些板中的每一个。

主板

该板基本上配置为半桥配置。如所示，它有栅极驱动卡、功率子卡和可选控制卡的接口插槽。它包括冷却风扇、Kemet 薄膜和陶瓷直流总线电容器、外部电源和信号连接以及电流和电压感应。

栅极驱动卡

SpeedVal Kit? 目前支持来自与 Wolfspeed 合作的不同公司的三个栅极驱动器。这些如图 3 所示。正在添加对其他栅极驱动器的支持。该卡还支持用于驱动器隔离的隔离式 DC-DC 转换器。

电源子卡

这接受要测试的 SiC MOSFET，无论是通孔还是 SMT 封装。SiC 测试板配置为半桥操作，包括用于高功率测试的散热器。放置电压和电流感测连接，稍后讨论，用于开关损耗测量。可以添加栅极电阻器 (Rg) 以控制转换率。图 4 描绘了该板的简化原理图。

Buck-Boost LC滤波器和空心电感

如图 6 所示，该可选板支持在指定功率水平下根据应用降压或升压转换器要求进行测试。多个功率级别可用于在广泛的工作范围内进行测试。定制设计的空心电感有 6 种电感选项，旨在限度地减少寄生电容，以实现的双脉冲测试 (DPT)。

控制卡

可选的控制卡为栅极驱动器提供 PWM 信号，并具有用于控制和固件开发的基于计算机的 GUI。可以使用 Texas Instruments 或 NXP 的卡。

SpeedVal Kit? 的规格、SiC 测试示例和优势

一些规格

该套件设计用于在 900V 的电压水平和 40A RMS 的电流下测试 SiC MOSFET。它针对半桥架构进行配置，并允许基于此进行多项测试，如图 6 所示。

化电源环路电感

开关测试高度依赖于换向路径中的寄生电感。如图 8(a) 和 8(b) 所示，正轨和负轨与子卡的总线连接通过一组 33 个引脚完成，并放置在新型卡缘连接器的两端。这确保了环路面积和大约 24 nH 的低总环路电感。虽然可以采用更昂贵/更复杂的方法来进一步降低这一点，但该板的设计旨在尝试模拟现实生活中的开关条件，而不是使 SiC 测试条件在客户应用中不切实际。

电流检测

开关 SiC 测试（例如 DPT）期间的电流感测也会对测量结果产生巨大影响。需要高带宽并且需要化感测的插入电感，因为这会在关断时增加过冲并减少在开启时测量的反向恢复时间。该板上采用的选项之一是使用八个 SMD 分流器 0603 电阻器的并联连接。为获得良好的信噪比，建议将 1 Ω 电阻器用于 DPT 测试，而将更低 (40-80 mΩ) 的值用于连续功率测试。这种 SMD 分流方法与 2 级电流互感器 (CT) 检测方法之间的比较显示了类似的结果，分流方法的 L 略低。电源子卡也可以采用2级CT sense方式，这是提供电流隔离的附加优势。连续功率运行的变压器饱和使得这种 CT 检测方案仅在 DPT 等开关测试中有用，需要注意将脉冲持续时间降至 20 – 30 μs 以下。

开关测试示例比较封装类型

本例突出显示了开关性能的 MOSFET 封装类型的直接比较。如图 8(a) 所示，将 4 引脚 TO-247 部件与 7 引脚 TO-263 SMT 进行了比较，封装是的区别。

图 8(b) 说明了 DPT 测试的开关损耗比较。SMT 封装具有较低的电感并按预期运行，具有较低的关断损耗 (EOFF) 和较高的导通损耗 (EON)，这是由于高端 SiC 测试 FET 上较高的反向恢复电流所致。

全功率测量

借助降压升压滤波器板，降压或升压转换器应用可以在此套件上以全功率运行。这允许测量热数据和转换器效率。图 9 描述了在以 16.5 kW 运行的 20 kHz 同步升压转换器上进行的这些测量。