第三代寬禁帶半導體器件 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，幫助工程師進行第三代半導體器件的系統(tǒng)級優(yōu)化設計。工程師在設計電源產(chǎn)品時，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體器件的測試需求。

TIVH 高帶寬探頭測試

在開關(guān)技術(shù)應用中的橋式驅(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(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)動信號的上升時間為依據(jù)，儀器系統(tǒng)對被測點的影響小于 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?；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，因為頻率高（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(nèi)唯一解決方案，高達 1GHz 的系統(tǒng)帶寬滿足 GaN 和 SiC。

典型“開”狀態(tài)測量設置。

此外，還需注意在較高開關(guān)頻率下對探頭電容的影響。探頭電容過高將導致上升沿在測量中變緩，從而導致錯誤的評價高頻開關(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電路上的探頭電容問題和瞬態(tài)信號損壞設備的風險。

憑借泰克全新 5 系示波器及 IsoVu 探頭，可以準確捕獲高側(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 應用包括服務器電源、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，同時在更高頻率上工作。

盡管有諸多優(yōu)勢，松下項目團隊在開發(fā)階段面臨一個極大的問題。其現(xiàn)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(tǒng)擁有更高的性能，同時提供更加優(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，松下半導體面臨諸多挑戰(zhàn)，特別是其試圖評估半橋電路設計的高側(cè)時，普通示波器探頭中的寄生電容會使開關(guān)波形失真。

松下項目團隊一直在努力探索 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)差分探頭進行測量沒有得到預期結(jié)果，波形還會隨著探頭接入位置不同而明顯變化，因此無法進行可重復測量?？紤]到這些測試挑戰(zhàn)，他們一直使用既耗時又復雜的手動方式，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現(xiàn)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(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 個單獨的激光器、一個光傳感器、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)界公認的選擇，示波器是電源設計最常用的儀器，主要用于進行電源設計驗證，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(diào)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。