碳化硅（Silicon Carbide，SiC）和氮化镓（Gallium Nitride，GaN）等宽禁带功率器件突破了传统硅（Silicon，Si）功率器件的理论边界，得益于其优异的电_热性能，在电气化交通、新能源发电等领域，得到了持续广泛应用。然而，宽禁带功率器件打破了硅功率器件的技术体系，其电压应力、开关速度、共模瞬态、寄生参数等开关动态特性，都提升了一个数量级，逼近测试仪器的物理极限，量程不够、带宽不足、抗扰性弱、侵入性强成为宽禁带功率器件开关动态测试的关键技术难题。如何精准、原位地表征宽禁带功率器件的开关动态行为，已成为制约宽禁带功率器件;芯片设计先进封装高端装备全产业链的痛点问题。 ?在国家级青年人才计划、国家重点研发计划、173计划技术领域基金、国家自然科学基金、重庆市杰青等项目经费的资助下，作者研究团队从器件、封测和应用的层面，系统研究了宽禁带功率器件的精准、原位开关动态测试技术和测试标准，在宽禁带功率器件的宽量程、高带宽、低侵入、强抗扰测试仪器研发等方面，取得了较为丰硕的研究成果，积累了十分丰富的研究经验。《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》是作者研究团队过去十年研究工作的总结与凝练，系统介绍了宽禁带功率器件开关动态测试的应用需求、难题挑战、电路原理、技术方法、高端仪器，期待本书能为从事宽禁带半导体功率器件研发的科研人员和工程师提供参考。 ?《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》内容共10章。第1章介绍宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求与挑战，阐述宽禁带功率器件的应用场景、技术优势、应用案例和发展趋势，总结宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求和难题挑战。第2章介绍宽禁带功率器件开关动态测试的行业调研与分析，基于深入广泛的问卷调查研究，探究SiC功率器件测试的痛点、堵点和难点，梳理工业界和学术界对宽禁带功率器件测试共同关切的问题。第3章介绍宽禁带功率器件的开关动态测试电路，阐述测试电路的演化规律、工作原理和典型波形，梳理现有商业化功率器件的开关测试电路，给出开关动态测试电路的典型应用案例。第4章介绍宽禁带功率器件的开关动态测试条件，给出测试系统各个环节的定量设计方法和关键技术指标，包括直流母线、负荷电感、驱动电路、温控平台、脉冲发生器、测试仪器等。第5章介绍宽禁带功率器件的开关动态测试方法，从测试脉冲宽度的优化设计、测试通道的同步校正、测试位置的合理选择、测试结果的计量方法等方面，给出宽禁带功率器件开关动态的精准测试方法。第6章介绍宽禁带功率器件测试用探头的数学模型与标定方法，给出测试探头的传输线模型、端口阻抗模型和S参量模型等描述方法，并提出寄生参数、延迟时间、带宽、共模抑制比等关键参数的实验标定方法。第7章介绍宽禁带功率器件测试用高带宽分流器电流探头，揭示分流器带宽和寄生参数的性能退化机制，提出阻抗匹配的高带宽、低电感分流器设计方法，并提出多折叠、小型化、大电流的高带宽分流器设计方法。第8章介绍宽禁带功率器件测试用高带宽罗氏线圈电流探头，探索制约罗氏线圈带宽和精度的技术瓶颈，提出传输线罗氏线圈的概念，拓展其高频带宽，分析罗氏线圈的偏置效应和涡流效应及其影响机制，消除低频漂移和中频畸变导致的测试误差。第9章介绍宽禁带功率器件测试用高带宽差分电压探头，分析制约高带宽差分电压探头的寄生效应、射频反射波效应、平面耦合效应，提出基于传输线分压器的差分电压探头新结构，拓展差分电压探头的带宽。第10章介绍宽禁带功率器件测试用高带宽光隔离电压探头，分析宽禁带功率器件浮地测试对电气隔离的严苛要求，提出光学拓展器的全光学隔离测试概念，拓展传统电压、电流探头的抗干扰能力。 《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》的研究工作得到了国家万人计划青年拔尖人才计划项目;高压碳化硅功率器件封装集成、国家重点研发计划项目;宽禁带半导体电机控制器开发和产业化（批准号2017YFB0102300）、173计划技术领域基金项目;第三代半导体功率器件***、国家自然科学基金项目;高功率密度SiC逆变器的3D封装与热管理研究（批准号52177169）和;车用多芯片并联SiC模块电热应力分布规律和调控方法研究（批准号51607016）、重庆市杰出青年科学基金项目;第三代半导体封装测试（批准号CSTB2024NSCQ_JQX0016）的经费资助，以及第三代半导体产业技术创新战略联盟和团体标准T/CASAS 0332024《SiC MOSFET功率器件开关动态测试方法》起草组的技术支撑，在此表示衷心的感谢。 ?《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》在编写过程中参考了大量国内外的相关书籍和论文，主要文献资料已列于章节后，但难免会有遗漏，在此一并表示衷心感谢。 ?由于作者水平有限，书中难免存在疏漏或错误，恳请读者批评指正。

???????????????作者　　　　　　 ??????????2025年8月于嘉陵江畔

宽禁带功率器件以碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）为主要代表，当前市场正处于爆发式增长阶段，且在新能源、数据中心、电动汽车、人工智能、机器人等多个热门领域应用前景广阔。全球SiC和GaN功率器件市场规模2025年达5.47亿元（人民币），2025年中国SiC和GaN功率器件市场规模达1.19亿元。预计到2032年全球SiC和GaN功率器件市场规模将达到42.29亿元，预测期间年均复合增长率为33.93%。

《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》是重庆大学曾正教授团队过去十年研究工作的总结与凝练，系统介绍了宽禁带功率器件开关动态测试的应用需求、难题挑战、电路原理、技术方法、高端仪器，适合从事宽禁带半导体功率器件研发的科研人员和工程师阅读参考。

可与分社碳化硅、氮化镓类产品组套宣传，具体关联产品如下：978_7_111_77893_6十碳化硅功率器件：特性、测试和应用技术（第2版）978_7_111_74188_6十碳化硅器件工艺核心技术978_7_111_70516_1十碳化硅半导体技术与应用（原书第2版）978_7_111_58680_7十碳化硅技术基本原理生长、表征、器件和应用978_7_111_69552_3十氮化镓功率晶体管器件、电路与应用（原书第3版）978_7_111_78912_3十IGBT器件物理、设计与应用（原书第2版）

以碳化硅和氮化镓为代表的宽禁带半导体功率器件，是高效高质电能变换的核心基础器件，在电气化交通、新能源发电、输变电装备、航空航天、国防军工等领域，具有不可替代的作用。然而，宽禁带功率器件仍然沿用40年前硅功率器件的测试方法，无法满足其超高的电压应力、开关速度、共模干扰等测试需求。如何精准、原位地表征宽禁带功率器件的开关动态行为，是;芯片设计先进封装高端装备全产业链的共性基础问题，已成为宽禁带半导体行业的痛点问题。围绕宽禁带功率器件的基础研究和前沿应用，《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》系统介绍了宽禁带功率器件的应用场景和发展趋势，梳理了宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求与难题挑战，阐述了宽禁带功率器件的开关动态测试的电路、系统和方法，分析了宽禁带功率器件用测试仪器的理论模型和标定方法，探讨了高带宽、低杂感的分流器电流探头创新概念，给出了高带宽、高精度的罗氏线圈电流探头设计方法，提出了高带宽、高阻抗的差分电压探头新结构，发明了高共模抑制比、低成本的光学隔离拓展器，构建了适用于宽禁带功率器件的高带宽、宽量程、低侵入、高抗扰测试仪器体系。 ?《宽禁带功率器件的开关动态测试技术》是一本理论基础和工程实践相结合的专著，可作为高校电力电子技术、仪器科学与技术、集成电路及相关专业高年级本科生、研究生和教师的参考书，也可供从事宽禁带半导体功率器件研究与应用的工程技术人员参考使用。

曾正，重庆大学，教授/博导，国家级青年人才，2009年在武汉大学获电气工程与自动化学士学位，2014年在浙江大学获电气工程博士学位，随后加入重庆大学电气工程学院，历任讲师（2014年）、副教授（2017年）、教授（2022年），20182019年在新加坡南洋理工大学从事博士后研究。长期从事宽禁带功率器件封装测试研究，出版学术专著3部，发表高水平论文100余篇，授权发明专利20余项，牵头制定行业团体标准1项，获评中国电机工程学会;电力优秀青年科技人才奖、第三代半导体产业技术创新战略联盟;第三代半导体卓越创新青年奖，入选国家万人计划青拔、重庆市杰青、重庆市青拔等人才计划，入选爱思唯尔中国高被引学者、斯坦福全球前2%科学家等榜单，获得自然科学一等奖等科技奖励。

前言第1章　宽禁带功率器件开关动态测试的技术需求与挑战 ?11.1　宽禁带功率器件的技术现状与发展趋势 ?11.1.1　宽禁带功率器件的应用场景 ?11.1.2　宽禁带功率器件的技术优势 ?41.1.3　宽禁带功率器件的应用案例 ?71.1.4　宽禁带功率器件的发展趋势 ?121.2　宽禁带功率器件的开关动态测试需求 ?161.2.1　开关动态的测试系统 ?161.2.2　开关动态的典型结果 ?171.3　宽禁带功率器件的开关动态测试挑战 ?181.3.1　功率器件的挑战 ?181.3.2　测试仪器的挑战 ?201.4　本章小结 ?22参考文献 ?22第2章　宽禁带功率器件开关动态测试的行业调研与分析 ?242.1　行业调研的背景意义 ?242.2　行业调研的主要内容 ?262.3　行业调研的统计结果 ?272.3.1　开关动态测试的目的 ?272.3.2　开关动态测试的范畴 ?292.3.3　开关动态测试的仪器 ?322.3.4　开关动态测试的难题 ?332.4　行业调研的分析讨论 ?352.4.1　应用场景的需求与偏好 ?352.4.2　测试探头的影响与限制 ?382.4.3　动态测试的问题与挑战 ?402.5　行业调研的技术发现 ?412.6　本章小结 ?43参考文献 ?43第3章　宽禁带功率器件的开关动态测试电路 ?463.1　单脉冲测试电路 ?463.1.1　测试电路的演化规律 ?463.1.2　测试电路的典型波形 ?473.2　双脉冲测试电路 ?483.2.1　测试电路的演化规律 ?483.2.2　测试电路的典型波形 ?503.3　同步整流双脉冲测试电路 ?503.3.1　测试电路的演化规律 ?503.3.2　测试电路的工作原理 ?513.3.3　测试电路的典型波形 ?533.4　其他开关动态测试电路 ?553.4.1　多脉冲测试电路 ?553.4.2　多电平测试电路 ?563.4.3　电流源测试电路 ?593.4.4　脉冲放电测试电路 ?593.4.5　软开关测试电路 ?593.5　商业化功率器件的开关动态测试电路 ?603.5.1　国际标准中的测试电路 ?603.5.2　Si MOSFET功率器件的开关动态测试电路 ?623.5.3　Si SJ_MOSFET功率器件的开关动态测试电路 ?633.5.4　Si IGBT功率器件的开关动态测试电路 ?643.5.5　SiC MOSFET功率器件的开关动态测试电路 ?653.5.6　GaN HEMT功率器件的开关动态测试电路 ?653.5.7　功率器件开关动态测试电路的对比分析 ?663.6　开关动态测试的典型应用 ?683.6.1　功率变换器的死区时间设计 ?683.6.2　功率变换器的运行效率评估 ?683.6.3　功率器件的封装寄生电感测试 ?713.7　本章小结 ?72参考文献 ?73第4章　宽禁带功率器件的开关动态测试条件 ?754.1　测试系统构成 ?754.2　直流母线 ?764.2.1　直流供电电源 ?764.2.2　直流母线电容 ?764.2.3　缓冲吸收电路 ?784.3　负荷电感 ?794.4　驱动电路 ?804.5　温控平台 ?874.6　脉冲发生器 ?884.7　测试仪器 ?894.7.1　电压探头 ?894.7.2　电流探头 ?974.7.3　示波器 ?1014.7.4　同轴电缆 ?1034.8　其他注意事项 ?1044.9　本章小结 ?104参考文献 ?104第5章　宽禁带功率器件的开关动态测试方法 ?1075.1　最大测试脉冲宽度的设计 ?1075.1.1　功率器件的测试脉冲宽度影响 ?1075.1.2　功率器件的温度敏感性影响 ?1095.2　电压和电流探头的同步校正 ?1115.2.1　电压和电流不同步的影响 ?1115.2.2　电压和电流同步校正方法 ?1115.3　功率器件的开尔文连接 ?1135.3.1　开尔文源极连接 ?1135.3.2　开尔文漏极连接 ?1155.4　开关动态测试结果的计量方法 ?1165.4.1　现有标准的计量方法 ?1165.4.2　开关时间的计量方法 ?1195.4.3　开关损耗的计量方法 ?1195.4.4　开关速度的计量方法 ?1205.5　其他注意事项 ?1215.6　本章小结 ?121参考文献 ?122第6章　宽禁带功率器件测试用探头的数学模型与标定方法 ?1236.1　探头带宽拓展的基本思路 ?1236.1.1　传输线效应 ?1236.1.2　传输线的数学模型 ?1246.2　探头带宽的标定原理与方法 ?1286.2.1　探头的典型端口网络 ?1286.2.2　探头带宽的标定方法 ?1296.3　探头输入阻抗的标定原理与方法 ?1306.3.1　反射系数法 ?1316.3.2　散射参量法 ?1316.3.3　自动平衡电桥法 ?1336.3.4　阻抗测量方法的对比 ?1336.3.5　功率器件的典型输入阻抗 ?1356.4　探头延迟时间的标定原理与方法 ?1376.4.1　各个测量环节的典型频率特征 ?1376.4.2　探头延迟时间的标定方法 ?1386.5　探头共模抑制比的标定原理与方法 ?1416.5.1　共模抑制比的定量模型 ?1416.5.2　共模抑制比的标定方法 ?1426.6　实验结果与分析 ?1456.6.1　典型电流探头的标定结果 ?1466.6.2　典型电压探头的标定结果 ?1476.7　本章小结 ?149参考文献 ?150第7章　宽禁带功率器件测试用高带宽分流器电流探头 ?1517.1　宽禁带功率器件对电流分流器的技术挑战 ?1517.2　高性能电流分流器的技术定义 ?1537.2.1　电流分流器的性能需求 ?1537.2.2　电流分流器的性能实测 ?1547.3　电流分流器的拓扑分析及性能制约因素 ?1557.3.1　电流分流器的典型拓扑 ?1557.3.2　电流分流器的性能退化机理 ?1567.4　高带宽低寄生电流分流器的设计方法 ?1577.4.1　阻抗匹配分流器的基本概念 ?1577.4.2　阻抗匹配分流器的设计方法 ?1577.5　实验结果与分析 ?1597.5.1　输入阻抗标定实验结果与分析 ?1607.5.2　带宽性能标定实验结果与分析 ?1607.5.3　相位特性标定实验结果与分析 ?1617.5.4　寄生参数标定实验结果与分析 ?1617.5.5　标定结果的综合性能对比与分析 ?1627.5.6　基于双脉冲测试的综合性能验证 ?1627.6　大电流小型化电流分流器的设计方法 ?1637.6.1　IM_Shunt的小型化方法 ?1647.6.2　Mini_Shunt的基本概念与设计方法 ?1667.6.3　Mini_Shunt的热网络模型 ?1697.6.4　Mini_Shunt的热稳定性能 ?1707.6.5　Mini_Shunt的热仿真分析 ?1727.7　实验结果与分析 ?1757.7.1　Mini_Shunt样机研制 ?1757.7.2　Mini_Shunt特性校准 ?1767.7.3　基于双脉冲测试的综合性能验证 ?1797.7.4　基于稳态和脉冲测试的热性能验证 ?1817.8　本章小结 ?186参考文献 ?187第8章　宽禁带功率器件测试用高带宽罗氏线圈电流探头 ?1898.1　宽禁带功率器件对罗氏线圈的技术挑战 ?1898.2　高带宽罗氏线圈的数学模型 ?1908.2.1　传统罗氏线圈的典型结构 ?1908.2.2　传统罗氏线圈的带宽限制 ?1918.2.3　传输线罗氏线圈的基本概念 ?1928.2.4　传输线罗氏线圈的带宽提升机理 ?1938.2.5　传输线罗氏线圈的阻抗计算 ?1948.2.6　传输线罗氏线圈的积分器设计 ?1958.3　高带宽罗氏线圈的低频误差降低方法 ?1968.3.1　偏置效应的实测结果 ?1968.3.2　偏置效应的产生机理 ?1978.3.3　偏置效应的降低方法 ?1988.4　高带宽罗氏线圈的中高频误差降低方法 ?2008.4.1　涡流效应的实测结果 ?2008.4.2　涡流效应的产生机理 ?2018.4.3　涡流效应的定量分析 ?2048.4.4　涡流效应的物理本质 ?2078.4.5　涡流效应的抑制方法 ?2108.5　实验结果与分析 ?2128.5.1　传输线罗氏线圈的参数设计 ?2128.5.2　传输线罗氏线圈的带宽标定 ?2138.5.3　传输线罗氏线圈的屏蔽特性 ?2158.5.4　基于双脉冲测试的性能验证 ?2198.6　本章小结 ?220参考文献 ?220第9章　宽禁带功率器件测试用高带宽差分电压探头 ?2229.1　宽禁带功率器件对浮动电压测试的技术挑战 ?2229.2　差分电压探头的拓扑分析及性能制约因素 ?2249.2.1　差分电压探头的典型测量环节 ?2249.2.2　功率器件开关过程的能量模型 ?2259.2.3　分压网络的噪声模型 ?2269.2.4　功率器件开关过程与探头的能量交互机理 ?2279.2.5　差分电压探头的带宽制约分析 ?2309.3　高带宽差分电压探头的设计方法 ?2339.3.1　传输线分压器的基本概念 ?2339.3.2　传输线分压器的仿真分析 ?2389.3.3　补偿滤波器的设计方法 ?2419.3.4　差分电压探头的带宽极限 ?2469.4　实验结果与分析 ?2509.4.1　带宽标定实验结果与分析 ?2519.4.2　精度标定实验结果与分析 ?2539.4.3　输入阻抗标定实验结果与分析 ?2539.4.4　共模抑制比标定实验结果与分析 ?2549.4.5　延迟时间标定实验结果与分析 ?2549.4.6　开关动态表征与评估 ?2559.4.7　综合性能对比 ?2589.5　本章小结 ?259参考文献 ?260第10章　宽禁带功率器件测试用高带宽光隔离电压探头 ?26210.1　宽禁带功率器件对电气隔离测试的技术挑战 ?26210.2　电气隔离测试的关键问题与技术需求 ?26410.2.1　电气隔离测试的关键问题 ?26410.2.2　电气隔离测试的技术需求 ?26710.3　光学拓展器的工作原理及设计方法 ?26910.3.1　探头隔离拓展的基本概念 ?26910.3.2　光学拓展器的工作原理 ?26910.3.3　光学拓展器的设计方法 ?27210.4　光学拓展器的频域性能表征方法 ?27810.4.1　光学拓展器的参数设计及理论性能 ?27810.4.2　光学拓展器前向增益特性的校准方法 ?28010.4.3　电气隔离探头与光学拓展器的性能对比 ?28210.4.4　光学拓展器与非隔离探头的性能扩展 ?28310.5　实验结果与分析 ?28410.5.1　高侧和低侧栅_源极电压测试 ?28510.5.2　高侧漏_源极电压测试 ?28610.5.3　高侧漏极电流测试 ?28710.6　本章小结 ?288参考文献 ?288