寬禁帶半導(dǎo)體器件GaN、SiC設(shè)計(jì)優(yōu)化驗(yàn)證
發(fā)布時(shí)間:2020-08-14 來源:泰克科技 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】第三代寬禁帶半導(dǎo)體器件GaN和SiC的出現(xiàn),推動著功率電子行業(yè)發(fā)生顛覆式變革。新型開關(guān)器件既能實(shí)現(xiàn)低開關(guān)損耗,又能處理超高速dv/dt轉(zhuǎn)換,且支持超快速開關(guān)切換頻率,帶來的測試挑戰(zhàn)也成了工程師的噩夢。
結(jié)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(tǒng)優(yōu)異的抗干擾能力,幫助工程師進(jìn)行第三代半導(dǎo)體器件的系統(tǒng)級優(yōu)化設(shè)計(jì)。工程師在設(shè)計(jì)電源產(chǎn)品時(shí),優(yōu)化上下管的驅(qū)動條件,從而保證安全的條件下降低損耗,提高轉(zhuǎn)化效率,可以滿足寬禁帶半導(dǎo)體器件的測試需求。
TIVH高帶寬探頭測試
在開關(guān)技術(shù)應(yīng)用中的橋式驅(qū)動上管測試中,普遍會碰到測試驅(qū)動信號的正確測試問題,現(xiàn)象表現(xiàn)為波形振蕩變大、測試電壓值誤差大,不利于設(shè)計(jì)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(guī)格滿足不了測量要求問題。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(qū)動小信號測量問題。
選擇TIVH差分探頭的基本原則是以驅(qū)動信號的上升時(shí)間為依據(jù),儀器系統(tǒng)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(jù)測試驅(qū)動信號的上升時(shí)間來選擇的方案配置如下,探頭的帶寬最好示波器的帶寬一致。基本配置:MDO3K/4K + TIVH02 /TIVH05 /TIVH08; 優(yōu)化配置MSO5/350/500/1000 + TIVH02 /TIVH05 /TIVH08。
驗(yàn)證SiC、GaN寬禁帶器件特性
SiC和GaN越來越廣泛的被應(yīng)用在電源產(chǎn)品中,當(dāng)測試高壓測Vgs導(dǎo)通電壓時(shí),因?yàn)轭l率高(快速開、關(guān))以及示波器探頭在高帶寬下的共模抑制不夠而導(dǎo)致不能準(zhǔn)確測試。共模抑制差導(dǎo)致測量受到共模電壓干擾而很難準(zhǔn)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(dá)12位新五系示波器MSO5 成為業(yè)內(nèi)唯一解決方案,高達(dá)1GHz的系統(tǒng)帶寬滿足 GaN 和 SiC。
典型“開”狀態(tài)測量設(shè)置。
此外,還需注意在較高開關(guān)頻率下對探頭電容的影響。探頭電容過高將導(dǎo)致上升沿在測量中變緩,從而導(dǎo)致錯(cuò)誤的評價(jià)高頻開關(guān)特性。另外,將探頭接入極靈敏的浮動門電路信號中,可能導(dǎo)致電容充電產(chǎn)生的瞬態(tài)信號損壞設(shè)備。IsoVu 探頭的低電容也盡量減少門電路上的探頭電容問題和瞬態(tài)信號損壞設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。
憑借泰克全新5系示波器及 IsoVu 探頭,可以準(zhǔn)確捕獲高側(cè)門電路電壓波形,以便評估和優(yōu)化開關(guān)性能和可靠性,而不降低 dV/dt。
松下半導(dǎo)體解決方案案例
松下正在開發(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(yīng)用包括服務(wù)器電源、太陽能逆電器、電動汽車和AC電源適配器;除轉(zhuǎn)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(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在開發(fā)階段面臨一個(gè)極大的問題。其現(xiàn)有的測試設(shè)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(yùn)行,因此要求測量系統(tǒng)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(zhí)行差分測量時(shí),松下半導(dǎo)體面臨諸多挑戰(zhàn),特別是其試圖評估半橋電路設(shè)計(jì)的高側(cè)時(shí),普通示波器探頭中的寄生電容會使開關(guān)波形失真。
松下項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)一直在努力探索GaN器件的高速開關(guān)性能,消除寄生電容的影響。前期使用傳統(tǒng)差分探頭進(jìn)行測量沒有得到預(yù)期結(jié)果,波形還會隨著探頭接入位置不同而明顯變化,因此無法進(jìn)行可重復(fù)測量??紤]到這些測試挑戰(zhàn),他們一直使用既耗時(shí)又復(fù)雜的手動方式,主要是估算高側(cè)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,這就需要一種新型探頭技術(shù),在高側(cè)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(xiàn)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(xiàn)在能夠直接觀測高側(cè)柵極電壓波形,獲得了成功開發(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(zhuǎn)換成光調(diào)制,在電氣上把被測器件與示波器隔離。IsoVu采用4個(gè)單獨(dú)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(jié)構(gòu)及電流隔離技術(shù)在整個(gè)頻率范圍內(nèi)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。
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(wěn)定性一直是業(yè)界公認(rèn)的選擇,示波器是電源設(shè)計(jì)最常用的儀器,主要用于進(jìn)行電源設(shè)計(jì)驗(yàn)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(shè)計(jì)相符合。
泰克為電源原型版設(shè)計(jì)及調(diào)試提供全方位解決方案,除了文中寬禁帶半導(dǎo)體SiC和GaN設(shè)計(jì)測試與優(yōu)化,還包括MOSFET/IGBT開關(guān)損耗、磁性器件損耗、環(huán)路響應(yīng)優(yōu)化、輸出紋波測試等,了解電源測試全過程更多解決方案,https://www.tek.com.cn/power-solution-hub。為幫助設(shè)計(jì)工程師厘清設(shè)計(jì)過程中的諸多細(xì)節(jié)問題,泰克與電源行業(yè)專家攜手推出“氮化鎵電源設(shè)計(jì)從入門到精通“8節(jié)系列直播課,從0到1全面解密電源設(shè)計(jì),包括元器件選型、電路設(shè)計(jì)和PCB布線、電路測試和優(yōu)化技巧、磁性元器件的設(shè)計(jì)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。
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