12-bit示波器助力SiC开关损耗分析

       近年来，全球气候变暖加速推动脱碳社会转型，太阳能发电因其资源的无限性、安装灵活性及光电转换效率持续提升等优势，成为可再生能源的核心发展领域。

       在太阳能发电系统中电力调整器通过DC-DC转换对输入的直流电进行升压稳压处理，再经逆变电路转换为交流电输出。高速开关固然是实现能量转换的关键环节，但其损耗却会直接影响系统的整体效率，而传统测量方法更是为测量雪上加霜：极其依赖示波器捕捉电压电流波形，需依靠人工光标定位与手动计算评估损耗，久而久之耗时耗力、主观误差等局限性过于显著。

       随着SiC等下一代功率器件的出现，通过提高太阳能发电的输出电压来提高效率已成为当前趋势，而电力调整器内部处理的电压也会增加。因此工程师们对测量设备的要求也日益增高——示波器需不断扩展电压量程以适应高电压环境——相应地测量分辨率却会随之降低。这不仅会导致开关损耗难以精准量化，也让捕捉新型器件在快速开关中的急剧浪涌与振铃困难重重，从而成为制约新一代高效电力调整器研发的瓶颈。

       面对挑战，横河DLM3000HD/DLM5000HD示波器以革新性能精准破局，结合设备亮点为工程师量身打造了以下“全链路高效实验方案”，让测试困境迎刃而解：

一、测试前准备：校准先行，无差别启航

    测试开始前，这几个步骤少不了！

1. 用户需首先将示波器充分预热30分钟以上。

2. 执行校准。

3. 将电压探头调零。

4. 将电流探头调零和消磁。

5. 将电压和电流探头的传输时间差进行延迟校正。

    若各探头的传输延迟已有固定规格，则可直接使用；若用户对延迟时间不明，则可使用延迟校正调整信号源701936，执行自动延迟校正以确保该数值的准确性，这样既简单又可靠。 

    接下来，我们将结合具体波形与操作案例为您解析典型功能的设置方式。

二、开关损耗测量：多屏缩放细节一目了然

       功率器件的开关损耗一般是将开通/关断区的开关损耗和导通区的导通损耗相加而得，其原理如图1所示。

图1 开关损耗概要

       以图2所示的测量波形为例，当工程师使用DLM系列产品测量开关损耗时，可将T1-T5的一个周期视作对象，结合使用以下公式得出各区间的功率损耗。其中RDS(on)表示MOSFET的导通电阻、VCE(sat)表示IGBT的饱和电压，此外用户还需将关断区（T4-T5）的损耗视为零。

图2 测量区和基准电平

    在计算过程中，需要对这3个参数进行设置：

在测量①时采用设备数据表中的记载值，而在测量②、③时所用数值则必须由测量人员酌情确定。

同时为了使测量标准化，用户需确立一些准则，例如设置波形High-Low的x%。

损耗的计算结果可用功率[W]和电能[J或Wh]表示，并以开通损耗、导通损耗、关断损耗以及包含前3种类型的综合损耗，共计四种类型导出。

测量实例

接下来我们不妨以图3的SiC开关损耗测试情况为例展开进一步分析。

用户可通过限制测量范围，对多个周期中的任意单周期进行损耗计算，同时在DLM系列波形设备的显示屏中用户还可开启多屏作战，同时缩放任意两个位置，以此实时放大开通部分和关断部分，实时确认浪涌和振铃的状态，可谓十分便捷。

三、多周期统计损耗测量：一键生成多维报告