泰克教你如何進行GaN、SiC設計優化驗證

第三代寬禁帶半導體器件GaN和SiC的出現，推動著功率電子行業發生顛覆式變革。新型開關器件既能實現低開關損耗，又能處理超高速dv/dt轉換，且支持超快速開關切換頻率，帶來的測試挑戰也成了工程師的噩夢。

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，提供系統優異的抗幹擾能力，幫助工程師進行第三代半導體器件的系統級優化設計。工程師在設計電源產品時，優化上下管的驅動條件，從而保證安全的條件下降低損耗，提高轉化效率，可以滿足寬禁帶半導體器件的測試需求。

TIVH高帶寬探頭測試

在開關技術應用中的橋式驅動上管測試中，普遍會碰到測試驅動信號的正確測試問題，現象表現為波形振蕩變大、測試電壓值誤差大，不利於設計人員的器件評估和選擇，其根本的原因在於所使用差分探頭的連接和CMRR共模抑制比規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和驅動小信號測量問題。

選擇TIVH差分探頭的基本原則是以驅動信號的上升時間為依據，儀器系統對被測點的影響小於3%。上管信號測量考慮因素：帶寬、電壓範圍（共模和差模）、CMRR和連接。根據測試驅動信號的上升時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越來越廣泛的被應用在電源產品中，當測試高壓測Vgs導通電壓時，因為頻率高（快速開、關）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幹擾而很難準確測試實際的差分信號。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 成為業內唯一解決方案，高達1GHz的系統帶寬滿足 GaN 和 SiC。

典型「開」狀態測量設置。

此外，還需注意在較高開關頻率下對探頭電容的影響。探頭電容過高將導致上升沿在測量中變緩，從而導致錯誤的評價高頻開關特性。另外，將探頭接入極靈敏的浮動門電路信號中，可能導致電容充電產生的瞬態信號損壞設備。IsoVu 探頭的低電容也儘量減少門電路上的探頭電容問題和瞬態信號損壞設備的風險。

憑藉泰克全新5系示波器及 IsoVu 探頭，可以準確捕獲高側門電路電壓波形，以便評估和優化開關性能和可靠性，而不降低 dV/dt。

松下半導體解決方案案例

松下正在開發超快速、超高頻率GaN器件，包括600V等級的器件，這些器件將大大優於SiC和基於矽的器件。潛在的GaN應用包括伺服器電源、太陽能逆電器、電動汽車和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，同時在更高頻率上工作。

儘管有諸多優勢，松下項目團隊在開發階段面臨一個極大的問題。其現有的測試設備特別適合矽功率器件，而GaN技術既在高電壓下工作，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，同時提供更加優異的共模抑制比。使用示波器在氮化鎵/GaN功率器件上執行差分測量時，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，普通示波器探頭中的寄生電容會使開關波形失真。

松下項目團隊一直在努力探索GaN器件的高速開關性能，消除寄生電容的影響。前期使用傳統差分探頭進行測量沒有得到預期結果，波形還會隨著探頭接入位置不同而明顯變化，因此無法進行可重複測量。考慮到這些測試挑戰，他們一直使用既耗時又複雜的手動方式，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注的差分信號隔離開，這就需要一種新型探頭技術，在高側電路上直接進行測試。

由於採用創新的光隔離技術，IsoVu探頭在被測器件和示波器之間實現了全面電流隔離。IsoVu在100MHz以下時提供了1000000:1的共模抑制比，在1GHz以下時提供10000:1的共模抑制比，且在頻率提高時其額定值不會下降。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探頭現在能夠直接觀測高側柵極電壓波形，獲得了成功開發所需的測量洞察能力。

與其他探頭不同，IsoVu採用光電傳感器，把輸入信號轉換成光調製，在電氣上把被測器件與示波器隔離。IsoVu採用4個單獨的雷射器、一個光傳感器、5條光纖及完善的反饋和控制技術。IsoVu結構及電流隔離技術在整個頻率範圍內提供了>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。

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界公認的選擇，示波器是電源設計最常用的儀器，主要用於進行電源設計驗證，一般要對輸入輸出電壓或電流的波形進行測試，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設計測試與優化，還包括MOSFET/IGBT開關損耗、磁性器件損耗、環路響應優化、輸出紋波測試等。為幫助設計工程師釐清設計過程中的諸多細節問題，泰克與電源行業專家攜手推出「氮化鎵電源設計從入門到精通「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、電路測試和優化技巧、磁性元器件的設計和優化、環路分析和優化、能效分析和優化、EMC優化和整改技巧、可靠性評估和分析。