|
從入門(mén)到精通，從0到1的全面解密。 作者：泰克科技 _____ 第三代寬禁帶半導體器件GaN和SiC的出現，推動(dòng)著(zhù)功率電子行業(yè)發(fā)生顛覆式變革。新型開(kāi)關(guān)器件既能實(shí)現低開(kāi)關(guān)損耗，又能處理超高速dv/dt轉換，且支持超快速開(kāi)關(guān)切換頻率，帶來(lái)的測試挑戰也成了工程師的噩夢(mèng)。 結合泰克新一代示波器，泰克針對性地推出帶寬1Ghz、2500V差模、120dB共模抑制比的全面光隔離探頭，提供系統優(yōu)異的抗干擾能力，幫助工程師進(jìn)行第三代半導體器件的系統級優(yōu)化設計。工程師在設計電源產(chǎn)品時(shí)，優(yōu)化上下管的驅動(dòng)條件，從而保證安全的條件下降低損耗，提高轉化效率，可以滿(mǎn)足寬禁帶半導體器件的測試需求。 TIVH高帶寬探頭測試 在開(kāi)關(guān)技術(shù)應用中的橋式驅動(dòng)上管測試中，普遍會(huì )碰到測試驅動(dòng)信號的正確測試問(wèn)題，現象表現為波形振蕩變大、測試電壓值誤差大，不利于設計人員的器件評估和選擇，其根本的原因在于所使用差分探頭的連接和CMRR共模抑制比規格滿(mǎn)足不了測量要求問(wèn)題。泰克的TIVH_差分探頭有效的解決了連接、測量帶寬、高頻CMRR和驅動(dòng)小信號測量問(wèn)題。 選擇TIVH差分探頭的基本原則是以驅動(dòng)信號的上升時(shí)間為依據，儀器系統對被測點(diǎn)的影響小于3%。上管信號測量考慮因素：帶寬、電壓范圍（共模和差模）、CMRR和連接。根據測試驅動(dòng)信號的上升時(shí)間來(lái)選擇的方案配置如下，探頭的帶寬最好示波器的帶寬一致�；九渲茫篗DO3K/4K + TIVH02 /TIVH05 /TIVH08； 優(yōu)化配置MSO5/350/500/1000 + TIVH02 /TIVH05 /TIVH08。 
驗證SiC、GaN寬禁帶器件特性 SiC和GaN越來(lái)越廣泛的被應用在電源產(chǎn)品中，當測試高壓測Vgs導通電壓時(shí)，因為頻率高（快速開(kāi)、關(guān)）以及示波器探頭在高帶寬下的共模抑制不夠而導致不能準確測試。共模抑制差導致測量受到共模電壓干擾而很難準確測試實(shí)際的差分信號。泰克提供全面光隔離探頭（ISOVu)配合高達12位新五系示波器MSO5 成為業(yè)內唯一解決方案，高達1GHz的系統帶寬滿(mǎn)足 GaN 和 SiC。
典型“開(kāi)”狀態(tài)測量設置。 此外，還需注意在較高開(kāi)關(guān)頻率下對探頭電容的影響。探頭電容過(guò)高將導致上升沿在測量中變緩，從而導致錯誤的評價(jià)高頻開(kāi)關(guān)特性。另外，將探頭接入極靈敏的浮動(dòng)門(mén)電路信號中，可能導致電容充電產(chǎn)生的瞬態(tài)信號損壞設備。IsoVu 探頭的低電容也盡量減少門(mén)電路上的探頭電容問(wèn)題和瞬態(tài)信號損壞設備的風(fēng)險。 憑借泰克全新5系示波器及 IsoVu 探頭，可以準確捕獲高側門(mén)電路電壓波形，以便評估和優(yōu)化開(kāi)關(guān)性能和可靠性，而不降低 dV/dt。 松下半導體解決方案案例 松下正在開(kāi)發(fā)超快速、超高頻率GaN器件，包括600V等級的器件，這些器件將大大優(yōu)于SiC和基于硅的器件。潛在的GaN應用包括服務(wù)器電源、太陽(yáng)能逆電器、電動(dòng)汽車(chē)和AC電源適配器；除轉換效率高以外，GaN器件還可以縮小電源的外部尺寸，同時(shí)在更高頻率上工作。 盡管有諸多優(yōu)勢，松下項目團隊在開(kāi)發(fā)階段面臨一個(gè)極大的問(wèn)題。其現有的測試設備特別適合硅功率器件，而GaN技術(shù)既在高電壓下工作，又在很高的頻率下運行，因此要求測量系統擁有更高的性能，同時(shí)提供更加優(yōu)異的共模抑制比。使用示波器在氮化鎵/GaN功率器件上執行差分測量時(shí)，松下半導體面臨諸多挑戰，特別是其試圖評估半橋電路設計的高側時(shí)，普通示波器探頭中的寄生電容會(huì )使開(kāi)關(guān)波形失真。
松下項目團隊一直在努力探索GaN器件的高速開(kāi)關(guān)性能，消除寄生電容的影響。前期使用傳統差分探頭進(jìn)行測量沒(méi)有得到預期結果，波形還會(huì )隨著(zhù)探頭接入位置不同而明顯變化，因此無(wú)法進(jìn)行可重復測量�？紤]到這些測試挑戰，他們一直使用既耗時(shí)又復雜的手動(dòng)方式，主要是估算高側電路故障。很顯然他們需要一種方式把共模電壓與關(guān)注的差分信號隔離開(kāi)，這就需要一種新型探頭技術(shù)，在高側電路上直接進(jìn)行測試。 由于采用創(chuàng )新的光隔離技術(shù)，IsoVu探頭在被測器件和示波器之間實(shí)現了全面電流隔離。IsoVu在100MHz以下時(shí)提供了1000000:1的共模抑制比，在1GHz以下時(shí)提供10000:1的共模抑制比，且在頻率提高時(shí)其額定值不會(huì )下降。它提供了1GHz帶寬和2000V額定共模電壓，這種性能組合使得半橋測量成為可能。利用泰克示波器和IsoVu探頭現在能夠直接觀(guān)測高側柵極電壓波形，獲得了成功開(kāi)發(fā)所需的測量洞察能力。 與其他探頭不同，IsoVu采用光電傳感器，把輸入信號轉換成光調制，在電氣上把被測器件與示波器隔離。IsoVu采用4個(gè)單獨的激光器、一個(gè)光傳感器、5條光纖及完善的反饋和控制技術(shù)。IsoVu結構及電流隔離技術(shù)在整個(gè)頻率范圍內提供了>2000V peak的耐受電壓。IsoVu光隔離解決方案可以支持幾千伏的電壓上線(xiàn)。 泰克從1946年成立至今70多年的歷史，示波器及其電壓電流探頭的可靠性與穩定性一直是業(yè)界公認的選擇，示波器是電源設計最常用的儀器，主要用于進(jìn)行電源設計驗證，一般要對輸入輸出電壓或電流的波形進(jìn)行測試，判定其頻率、幅值或相位是否與設計相符合。 泰克為電源原型版設計及調試提供全方位解決方案，除了文中寬禁帶半導體SiC和GaN設計測試與優(yōu)化，還包括MOSFET/IGBT開(kāi)關(guān)損耗、磁性器件損耗、環(huán)路響應優(yōu)化、輸出紋波測試等，了解電源測試全過(guò)程更多解決方案，https://www.tek.com.cn/power-solution-hub。為幫助設計工程師厘清設計過(guò)程中的諸多細節問(wèn)題，泰克與電源行業(yè)專(zhuān)家攜手推出“氮化鎵電源設計從入門(mén)到精通“8節系列直播課，從0到1全面解密電源設計，包括元器件選型、電路設計和PCB布線(xiàn)、電路測試和優(yōu)化技巧、磁性元器件的設計和優(yōu)化、環(huán)路分析和優(yōu)化、能效分析和優(yōu)化、EMC優(yōu)化和整改技巧、可靠性評估和分析。 |
