現在的功率電子面臨的最大挑戰是對使用了碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)等寬禁帶(WBG)半導體的系統進行測試。電源轉換器等功率設備使用這些寬禁帶材料后，工作頻率、電壓和溫度會更高。這給轉換器設計帶來了諸多優點，提高了功率效率，減少了尺寸和重量，還降低了制造成本。許多注重功率密度和尺寸的設備早已使用WBG材料，包括太陽能設施、電動車(EV)、電動車充電器和消費類電子設備。

有一點需要注意，盡管SiC和GaN材料具有許多優點，測試采用這些技術的電路時會面臨一些特殊的挑戰：

? 電磁干擾：開關頻率、邊沿斜率和電壓變得更高，加劇了過沖和振鈴，從而產生更大的頻率諧波。轉換器設計中會由此出現更嚴重的傳導和輻射發射。

? 寄生效應：無源器件的寄生特性在高頻下會降低功率設備的性能，需要正確識別這些寄生效應。

? 動態范圍：功率電子設備的電流和電壓量程較大，難以準確測量。

? 量化損耗：快速斜率變化給估計晶體管的開關損耗帶來了挑戰。寄生效應、傳播延遲和測試與測量設備的帶寬等因素都會影響損耗的計算。

羅德與施瓦茨公司針對功率電子設備測試的挑戰所提供的解決方案。文章涵蓋了從器件測試到生產測試的各個方面，詳細描述了羅德與施瓦茨的測試設備如何幫助工程師應對使用寬禁帶半導體材料帶來的挑戰。以下是對這些核心內容的簡要概述：

1. 功率電子測試的挑戰：

  電磁干擾：高頻開關導致嚴重的傳導和輻射發射。

  寄生效應：高頻下無源器件的寄生特性影響設備性能。

  動態范圍：大電流和電壓量程的準確測量困難。

  量化損耗：快速斜率變化增加開關損耗估計的復雜性。

2. 羅德與施瓦茨的解決方案：

  EMC測量：從早期EMI測量到完整EMC一致性測量，提供示波器和頻譜分析儀。

  無源器件測試：使用LCR表模擬實際工作條件，評估器件性能。

  高壓和大電流測量：示波器和高壓差分探頭用于準確測量大偏置范圍內的小信號。

  電源模擬：提供靈活的電源設備，模擬不同的輸入和負載場景。

3. 器件表征：

  無源器件測試：R&SLCX100/LCX200 LCR表測量復阻抗，提供等效電路圖數值。

  半導體特性測量：R&SNGU源測量單元進行I/V掃描，推導半導體參數。

4. 電池模擬與管理：

  電池單元模擬：R&SNGM200電源系列模擬真實電池輸出性能。

  電池管理系統：R&SNGL200和R&SNGM200支持雙象限操作，模擬電池盒特性。

5. 電源轉換器驗證：

  自動測量：示波器電源分析軟件提供必要測量功能，如浪涌電流、輸出頻譜等。

  多通道測量：八通道示波器便于測量多級結構功率設備。

  控制環路響應：使用示波器和頻率響應分析選件驗證控制環路的穩定性。

6. 開關分析：

  高壓測量：R&SRT-ZHD探頭和R&SRT-ZISO隔離探測系統用于高電壓和快速開關環境。

  雙脈沖測試：聯合PE-Systems提供動態開關行為表征解決方案。

7. EMI調試：

  早期設計階段：示波器具備快速響應的FFT分析功能，支持獨立式EMI測試。

  預一致性測量：示波器與近場探頭和高壓差分探頭結合，優化功率電子電路。

8. 驗證與生產測試：

  電源轉換器測試：MXO5和MXO5C示波器適用于高垂直分辨率、深存儲的測試需求。

  家用電器測試：R&S?NPA功率分析儀系列根據IEC62301等標準進行效率測試。

9. 標準實驗室設備：

  電源：提供多種型號的直流電源，滿足不同功率和精度需求。

  萬用表：R&S?HMC8012數字萬用表具備高分辨率和精度，適用于實驗室使用。

為功率電子設備的測試與測量提供了全面的解決方案，通過羅德與施瓦茨的高質量測試設備，幫助工程師在設計、驗證和生產階段獲得準確可靠的結果。