SiC/GaN等第三代半导体电源电路测试方案(汽车电源转换器)

时间:2022-10-20 23:17:26来源:网络整理
导读第三代半导体器件为电源行业带来了革新,基于其高速、小体积、低功耗,越来越广泛应用在消费电子及电力电子行业。今年在国家发布的新基建中的5G通讯电源、新能源逆变器和

第三代半导体器件为电源行业带来了创新。基于其高速、小尺寸和低功耗的特点,它们越来越广泛地应用于消费电子和电力电子行业。下图显示了不同技术的功率器件之间的差异。传统的硅基 IGBT 或 MOSFET 要么分布在高压和低速范围,要么分布在低压和高速范围。市场上的传统检测技术可以覆盖器件特性的检测需求。

第三代半导体器件SiC或GaN技术趋于成熟,因其高速、高耐压、耐高温、体积小、功耗低等特点,越来越多地应用于功率转换产品,以及其性能不同于传统的硅基功率器件,极大地扩展了分布范围,覆盖了以前从未出现过的高压和高速领域,这对器件测试工具提出了非常严峻的挑战。

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在今年国家发布的新基建中的5G通信电源、新能源逆变器和电动汽车驱动等领域,SiC和GaN器件的应用将越来越广泛,这将为工程师设计功率变换器带来更多机会产品。许多机会也带来了新的设计挑战。

目前,许多工程师在桥式电路设计中使用低侧开关特性来评估器件和设计驱动电路。因为有“地”参考,看起来只要满足带宽和电压范围就够了,但其实很多人都忽略了。其实高压侧和低压侧的驱动和特性是不一样的,上管测试不能从下管测试计算出来,但是工程师为什么不真正测试高-电压侧Vgs?

主要是目前还没有合适的探头和方法来测试准确的高压侧驱动信号,会受到带宽限制、共模抑制比限制、信号干扰等影响,只能通过推测或推测模拟。在一定程度上增加了产品设计的不确定性,甚至存在很大的安全隐患。

作为测试仪器和解决方案的供应商,泰克开发了新技术汽车电源转换器,创造了新的 IsoVu 光隔离探头,以完成传统测试工具无法解决工程师问题的相关测试挑战。

传统差分探头与IsoVu光隔离探头测试同一高压侧Vgs信号对比,如下图,灰色波形为传统差分探头测试效果,红色波形为测试泰克TIVP光隔离探头的效果,可以真实反馈高压侧Vgs的驱动波形,真实呈现工程师想知道的驱动波形,无需依靠经验或猜测。

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新型泰克 IsoVu™ 第 2 代探头提供了无与伦比的带宽、动态范围、共模抑制和多功能 MMCX 连接器组合,为上管 Vgs 测量树立了新标准,让设计人员最终能够看到以前隐藏的信号功能。再次引领高压隔离探头的技术创新。

• 1 GHz 光隔离探头 • 更小的尺寸提高了 DUT 连接的便携性 • 行业领先的 CMRR 特性 • 完整的光隔离技术 • 完整的测试系统 • 比第一代探头小 80% 几乎不需要使用传统的差分探头 高精度测量是可能的-速度不接地系统。由于涉及更高的频率和开关速度,使用 SiC 和 GaN 等宽带隙技术的工程师在准确测量和表征器件方面面临巨大挑战。通过将探头与示波器电流隔离,IsoVu 探头彻底改变了功率研究人员和设计人员进行宽带隙功率测量的方式。

“当第一代产品问世时,IsoVu 探头对我们的客户来说是一个真正的突破,因为他们可以真正了解半桥设计高侧的性能,消除了明显的盲点。” 泰克主流解决方案总经理 Suchi Srinivasan “这次在第二代 IsoVu 中,更广泛的客户将可以使用这种尖端的隔离测量技术来完成产品级研发、验证和 EMI 故障排除等任务。”

“IsoVu 技术对于使客户能够将我们的电源转换技术融入他们的设计至关重要,”Cree 旗下公司 Wolfspeed 的全球汽车现场应用工程师总监 Cam Pham 说。能够自信地准确描述高端事件。”

我们来看看第二代光隔离探头与第一代IsoVu探头的对比。下图显示,由于低侧开关、高侧栅极级和开关节点之间的寄生耦合,低侧开关具有振铃。再次将 IsoVu 第一代结果(左)与第二代 IsoVu 结果进行比较。右边的截图显示了第二代 IsoVu 的性能如何比第一代 IsoVu 的性能有很大的提升。IsoVu Gen 2 提供更多细节和准确性。

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IsoVu 第二代探头具有与第一代产品相同的功能,最新的 IsoVu 第二代探头使用专利的光电技术来捕获信号并为探头供电,而无需与示波器进行电气连接。与传统的高压差分探头相比,IsoVu 探头独特地在探头的整个带宽内提供高带宽、宽动态范围和一流的共模抑制比 (CMRR)。非隔离探头的 CMRR 等级会随着频率的增加而迅速降低,因此无法进行更高频率的测量。使用光缆还可以支持长电缆,大大提高了探头的抗EMI能力。

在第一代 IsoVu 系列的基础上,IsoVu 第二代探头进行了多项升级和增强,包括: 体积更小——TIVP 系列探头的尺寸约为第一代探头的五分之一汽车电源转换器,更易于操作使用 访问以前不可能到达的难以到达的测量点。此外,原有的独立控制器盒经过精简,现在独立于探头的补偿盒内。◆ 更高的灵敏度– 新探头更灵敏,在+/- 50V 测量中噪声更低,在宽带隙测量中具有更高的可见度和电压灵敏度。◆ 更高的精度——新探头在许多方面都提高了精度,包括改进的直流精度、在整个输入范围内增强的增益精度以及改进的温度漂移校正。这些增强功能可以更深入地表征宽带隙设计,从而提高能效。◆ 更少的探针更换 - 传感器头的动态范围更大,与 IsoVu Gen 1 相同的电压范围所需的探针更少。这减少了执行设备测试所需的时间,消除了更换探针时可能发生的错误,并降低了成本与购买多个 IsoVu 第一代探头的提示相比,给客户。

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