宽带隙半导体特性的挑战

当用于电力电子设备时，宽禁带半导体(wbg)，如氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)提供更高的工作温度、电压和频率根据Keysight Technologies的说法。与其硅对应物相比，由于其低导电性，它们还提供较低的功率损耗。

WBG功率器件需要考虑的测量类型。图片由Keysight Technologies

即使有了这些明显的益处，WBG也很难表征，特别是当设计师所在时：

• 测量大于100 A的电流
• 测量电压大于3,000 V
• 测量亚毫欧姆导通电阻

在具有定量GaN电流折叠测量和数千伏的直流偏压下的结电容测量，表征WBG也可能具有挑战性。

WBG特征不当的缺陷：EMI和振荡

我们知道，WBG通常比传统的硅更高，为什么要等待广泛使用这些设备？

描述这些设备的能力对设计的功能性和稳健性至关重要。最近EE Power的一篇文章模拟WBG电源电路解释这些设备能够更高的频率操作。但即使在这些较高频率下不使用时，它们也会导致可以杀死整个系统的一些灾难性电磁干扰（EMI）行为。

描述Keysight Technologies对WBG设备进行建模和仿真的方法。图片由EE权力

唯一适当缓解这种情况的方法是理解设备参数并设计出电路的电磁干扰问题。这篇文章指出，由于wbg具有更高的速度能力，因此特别容易受到有害的电磁干扰，这可能会导致“场效应晶体管(fet)的误开。”

此外，EE功率贡献方武田亮指出，如果设备没有正确设置和使用，器件中的寄生电容和电感会导致振荡。如果已知这些寄生菌的值，就可以设计出这种方法。一些寄生模型可以确保设备连接到一个不会使其处于振荡状态的电路上。

WBG器件的仿真和模型

工程师们已经开始寻找获得WBG设备精确模拟和模型的方法。电力杂志了通过一些测试来获得WBG器件的特征值。

使用状态描述

一种这样的测试是在状态表征测试中，具有两个源测量单元（SMU），一个测量通过WBG设备的电流，并且另一个将该设备拉到导通状态。

用于电力设备的ON状态表征的SMU的配置。图片由权力的杂志

如果设备是MOSFET，则通过将连接到漏极或源的第一个SMU进行以测量电流来测量电流，而第二SMU连接到栅极，施加保证其处于导通状态的偏置电压。该测试测量导通电阻，这应该是最小的。

非国家特征

同样的测试可以描述设备的关闭状态，除了第二个SMU施加一个将设备置于关闭状态的偏置电压。另一种情况是，第二个单元可以完全省略，因为在许多情况下，输入可以保持浮动或短路到地面并关闭。这个测试确认了泄漏值，它是器件损耗的一个组成部分。

数学建模

武田解释说，设计师还可以使用基于实验结果的数学方程来创建一个由WBG制成的DC-DC变换器的模型。这是一个非常有效的工具，研究人员继续深入研究wbg的设备物理。

它为设计工程师提供了一个好主意，如何根据实验和测试得出的参数来实现他们的设计，而不是根据其物理模型的设备。数学方法允许工程师为WBG器件开发精确的IV曲线和开、关状态s参数。

用于确定通态s参数特性的测试设置。图片由EE权力

比赛表征WBGS

wbg很可能会席卷电力电子世界。yabosports官网wbg将以多快的速度被采用，这取决于我们在使这些设备成为未来设计不可或缺的一部分之前准确描述它们的能力。

大学和半导体制造商正在大力投资研究资金，以了解WBG物理学，以加速其全行业采用。与此同时，工程师可以继续通过使用数学建模和其他表征技术来填补关于wbg的知识空白。