現代寬禁帶功率器件(SiC, GaN)shangdekaiguanjingtiguansuduyuelaiyuekuai，shidecelianghebiaozhengchengweixiangdangdadetiaozhan，zaimouxieqingkuangxiajihubukenengshixian。gelitancejishudechuxiangaibianlezhezhongjumian，tongguozheyijishu，shejirenyuanzhongyunenggoufangxindiceliangyiqianhuibidebanqiaohemenqudongqiboxing。通過詳細了解相關挑戰
，並使用適當的探測技術，電源工程師可以更加迅速、高效地表征和優化其設計。

 

半橋電路(圖1)廣泛用於功率電子領域的多種應用

，是現代設計中有效轉換電能使用的基本電路。但是
，隻有在半橋、門men驅qu動dong器qi和he布bu線xian正zheng確que且qie優you化hua設she計ji時shi
，這zhe種zhong電dian路lu的de優you勢shi才cai能neng得de到dao實shi現xian。在zai測ce量liang結jie果guo與yu預yu期qi結jie果guo不bu一yi致zhi時shi，可ke能neng很hen難nan提ti取qu與yu被bei測ce器qi件jian有you關guan的de有you意yi義yi的de細xi節jie。更geng糟zao糕gao的de是shi，基ji於yu探tan頭tou位wei置zhi和he其qi他ta因yin素su，波bo形xing可ke能neng會hui明ming顯xian變bian化hua
，最zui終zhong會hui讓rang設she計ji人ren員yuan得de不bu償chang失shi。

xiaolvhegonglvmiduyaoqiujingchanghuisuizheyingyongshejiyaoqiubianhua，rushifouyaoyouhuaxingnengjiagebi。zaigonglvmiduzhonggaishannengxiaodeyaoqiu，juedingzheshejidetuopujiegou

，jineryingxiangzheyaokaolvdeceliangshebeihejishu。biao1彙總了半橋和門驅動器最重要的指標和測量。

 

表1. 門驅動器和半橋配置最重要的測量。

 

準確進行功率測量離不開測量係統在多個方麵的性能，包括電壓處理
、共模抑製、連接能力
、溫度處理能力
、測ce量liang非fei常chang小xiao的de電dian流liu的de能neng力li。盡jin管guan功gong率lv設she計ji要yao求qiu日ri新xin月yue異yi，但dan測ce試shi測ce量liang技ji術shu的de實shi際ji發fa展zhan一yi直zhi有you些xie滯zhi後hou。在zai某mou些xie情qing況kuang下xia，設she計ji人ren員yuan不bu得de已yi開kai發fa定ding製zhi測ce量liang解jie決jue方fang案an，或huo隻zhi能neng近jin似si獲huo得de部bu分fen測ce量liang
，忽hu視shi可ke能neng的de優you化hua。

 

在最基礎的層次上
，這些測量使用示波器jiyitaoxiangyingdetantouzhixing。zaijinxingzhunquekekaodegonglvceliangfangmian
，shiboqijihubuchengwenti。erzuidadetiaozhanshicongceshidiandaoshiboqihuodexinhao。yinci，xuanzeshidangdetantouwanchenggongzuozhiguanzhongyao
，buguanshiwuyuantantouhaishidanduantantou，shichuantonggaoyachafentantou
、電流探頭還是隔離探頭。

 

單端探頭 – 低壓側測量

 

大(da)多(duo)數(shu)示(shi)波(bo)器(qi)都(dou)會(hui)配(pei)有(you)一(yi)套(tao)無(wu)源(yuan)或(huo)單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)。這(zhe)些(xie)探(tan)頭(tou)隻(zhi)能(neng)準(zhun)確(que)地(di)測(ce)量(liang)以(yi)示(shi)波(bo)器(qi)地(di)電(dian)平(ping)為(wei)參(can)考(kao)的(de)信(xin)號(hao)，且(qie)限(xian)於(yu)進(jin)行(xing)低(di)壓(ya)側(ce)測(ce)量(liang)。通(tong)過(guo)隔(ge)離(li)示(shi)波(bo)器(qi)，或(huo)使(shi)用(yong)一(yi)對(dui)探(tan)頭(tou)進(jin)行(xing)偽(wei)差(cha)分(fen)測(ce)量(liang)（參見後麵的討論）
，您可以使用無源探頭執行高壓側測量，但一般不推薦采用這種方法。

 

在(zai)考(kao)慮(lv)某(mou)項(xiang)測(ce)量(liang)任(ren)務(wu)需(xu)要(yao)多(duo)高(gao)的(de)探(tan)頭(tou)性(xing)能(neng)時(shi)，人(ren)們(men)一(yi)般(ban)會(hui)把(ba)重(zhong)點(dian)放(fang)在(zai)帶(dai)寬(kuan)上(shang)。傳(chuan)統(tong)思(si)維(wei)認(ren)為(wei)，帶(dai)寬(kuan)越(yue)高(gao)
，性(xing)能(neng)就(jiu)越(yue)高(gao)。的(de)確(que)，帶(dai)寬(kuan)是(shi)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)指(zhi)標(biao)，它(ta)決(jue)定(ding)了(le)可(ke)以(yi)測(ce)量(liang)正(zheng)弦(xian)波(bo)峰(feng)峰(feng)值(zhi)幅(fu)度(du)的(de)最(zui)高(gao)頻(pin)率(lv)。但(dan)實(shi)際(ji)上(shang)
，您(nin)並(bing)不(bu)是(shi)在(zai)頻(pin)域(yu)中(zhong)測(ce)量(liang)正(zheng)弦(xian)波(bo)
，而(er)是(shi)要(yao)顯(xian)示(shi)和(he)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)隨(sui)時(shi)間(jian)變(bian)化(hua)，也(ye)就(jiu)是(shi)在(zai)時(shi)域(yu)中(zhong)測(ce)量(liang)信(xin)號(hao)。

 

因yin此ci
，半ban橋qiao和he門men驅qu動dong器qi測ce量liang中zhong最zui應ying關guan注zhu的de性xing能neng指zhi標biao是shi上shang升sheng時shi間jian。上shang升sheng時shi間jian可ke以yi從cong帶dai寬kuan中zhong計ji算suan得de出chu
，但dan如ru果guo想xiang可ke靠kao地di了le解jie測ce量liang係xi統tong的de上shang升sheng時shi間jian和he全quan部bu時shi間jian響xiang應ying
，唯wei一yi的de方fang式shi是shi使shi用yong階jie躍yue信xin號hao來lai實shi際ji測ce量liang上shang升sheng時shi間jian

，這zhe個ge階jie躍yue信xin號hao要yao遠yuan遠yuan快kuai於yu您nin測ce量liang的de信xin號hao。

 

測量係統如果上升時間性能不足
，那麼就會出現階躍響應畸變
，如圖2所示
，包括非線性度、bianyuanhedingjiang。kenenghennanquerenzhexiejibianshishijilaiziceliangxitonghaishilaizibeiceqijian，zhiyoutongguobiaozhengceliangxitongcainengzhaodaozhenzhengdaan。weibimianzhexieceliangwucha，xuanzedetantoudeshangshengshijianyidingyaokuaiyubeiceqijiandeshangshengshijian。

 

圖2. 在功率器件測量精度中，上升時間指標要比帶寬指標更重要。

 

圖3顯示了快速探頭的意義，其中使用1 GHz無源探頭測量高速FET驅動器的低壓側，該驅動器的產品資料中顯示上升時間< 1 ns。由於這隻探頭的上升時間指標在450 ps左右

，所以我們能夠測量略高於500 ps的上升時間。如果進行這一測量時使用的探頭上升時間較慢，比如500 MHz探頭，那麼波形前麵拐角處的高頻成分會變圓。

 

圖3. 由於450 ps上升時間指標，1 GHz泰克TPP1000無源探頭能夠準確地測量高速FET。

 

測量門驅動器電流

 

zaiceliangmenqudongqidianliushi
，xuduoshejirenyuanshiyongwaijiadianliufenliuqi

，erbushidianliutantou，yuanyinhenjiandan
，yinweishiyongdianliutantoucelianghuanludedianganhuiyingxiangdianlu。tongchanglaishuo，shejizhongzaimenqudongqihemenzhijianhuiyijingchuanlianleyigedianzuqi。weishicharuzukangdadaozuixiao
，dianliufenliuqidezuzhihuibaochidefeichangdi，suoyijingguodianliufenliuqidedianyaxiadieyehuifeichangdi。tongguoxiancedejingguodianliufenliuqidedianyaxiadiezhi，ranhouzaichuyidianzuqideyizhidianzu
，keyidechudianliu。

 

把ba電dian流liu分fen流liu器qi連lian接jie到dao低di壓ya側ce上shang

，通tong常chang意yi味wei著zhe一yi個ge端duan子zi接jie地di。放fang在zai低di壓ya側ce與yu放fang在zai高gao壓ya側ce的de主zhu要yao差cha異yi，是shi放fang在zai低di壓ya側ce會hui降jiang低di或huo有you效xiao消xiao除chu共gong模mo電dian壓ya，共gong模mo電dian壓ya會hui在zai電dian流liu分fen流liu器qi的de任ren意yi一yi側ce同tong時shi同tong相xiang出chu現xian。因yin此ci
，一yi般ban推tui薦jian在zai低di壓ya側ce放fang置zhi電dian流liu分fen流liu器qi，特te別bie是shi在zai高gao壓ya情qing況kuang下xia。在zai高gao流liu應ying用yong中zhong，接jie地di彈dan跳tiao會hui顯xian示shi為wei共gong模mo信xin號hao。

 

隔離示波器

 

打破接地環路的技術之一，是“隔離示波器”或(huo)隔(ge)離(li)被(bei)測(ce)電(dian)路(lu)。浮(fu)地(di)會(hui)打(da)破(po)與(yu)接(jie)地(di)的(de)連(lian)接(jie)，在(zai)理(li)論(lun)上(shang)可(ke)以(yi)在(zai)兩(liang)個(ge)測(ce)試(shi)點(dian)之(zhi)間(jian)進(jin)行(xing)差(cha)分(fen)測(ce)量(liang)，因(yin)為(wei)示(shi)波(bo)器(qi)接(jie)地(di)已(yi)經(jing)被(bei)破(po)壞(huai)。這(zhe)種(zhong)方(fang)法(fa)本(ben)身(shen)就(jiu)是(shi)危(wei)險(xian)的(de)，因(yin)為(wei)它(ta)破(po)壞(huai)了(le)觸(chu)電(dian)保(bao)護(hu)
，還(hai)可(ke)能(neng)會(hui)損(sun)壞(huai)測(ce)量(liang)設(she)備(bei)。

 

fudongceshikenengshiyongyumouxieceliang，tebieshizaifeichangdidepinlvshang，danyaozhuyiruguomeiyoudizukangjiedilianjie，laizishiboqidefangshefushehechuandaofushekenenghuiyizaoshengxingshiganraoceliang。lingwaizhuyi，zaijiaogaopinlvzhongduanjiedishi，kenengbingbuhuizhongduanjiedihuanlu，yinwei“浮動”電路會一直通過大的寄生電容保持耦合接地，從而導致振鈴和波形失真。圖4顯示了高壓側門驅動器上的浮動測量。振鈴和失真很明顯，出現了高達28 V過衝。

 

圖4.在這個高壓側門驅動器浮動測量中，明顯有振鈴、失真和28 V過衝。

 

也可以使用偽差分測量（而不是無源探頭），kenengmanzumouxiedipinxinhaoceliang。tongguojinxinglianggedidianpingcankaodexinhaoceliang，shiyongshiboqiduiliangtiaoshiboqitongdaojinxingjianfayunsuan，keyiwanchengceliang。zaitu5中，示波器從CH1的波形中減去CH2的波形
，得到紅色波形。兩個輸入必須設置成相同的標度，探頭必須一模一樣且緊密匹配。這種技術中的共模抑製比(CMRR)很差，如圖5所示，特別是在更高頻率下，可能會超過示波器輸入範圍。CMRR是指示波器在進行差分測試時抑製兩個測試點的共模電壓的能力。

 

圖5. 偽差分測量性能有限，但對擁有低共模信號的超低頻信號測量足夠了。

 

差分探頭

 

對大多數GaN和SiCyingyong，chafentantoushizhunquejinxingdiyacecelianghemouxiegaoyaceceliangdehenhaoxuanze。danduixingnenggenggaodeqijianlaishuo，zuikenengdeqingkuangshichuantonggaoyachafentantoubingbushizuijiaxuanze
，yinweiqizaigenggaodepinlvxiagongmoyizhinenglibuzu。zaizhixinggaoyacedianyaceliangshi，zhechengweiyigemingxiandewenti，yinweiyaozaikuaisukaiguantiaobianguochengzhong，zaicunzaidadegongmodianyadeqingkuangxiaceliangxiaodechafendianya。

 

yigechangjiandewujieshichafentantoushifudongde。qishi，chuantongchafentantoujiyuchafenfangdaqi，chafenfangdaqizelianjiedaojiedishang。yihandeshi，zhezhonglianjiexianzhilegongmodianyafanwei，daozhipinlvedingzhixiajiang，chanshengjiedidantiao
，zaidaikuanchaoguoyidingMHz時會限製共模抑製比。

 

在測試通電的GaN或SiC器件時，這些局限性尤其明顯
，因為這些器件擁有超快速開關速率，甚至有標稱的共模電壓。例如，100 MHz帶寬差分探頭在DC時提供了-70 dB CMRR，在1 MHz時提供了-50 dB CMRR，而在100 MHz時則下降到-27 dB CMRR，大約是22 : 1。

 

探頭產品技術資料中很難看到這麼差的指標，因為額定值隨頻率下降不可能成為廠家推廣的指標。您需要翻查用戶手冊，才會找到像圖6這樣的示圖，但我們很容易就能計算出CMRR較差的影響。例如，對600 V共模電壓
，得到的誤差是27 V (600除以22)。這種表現很紮眼，因為在存在600 V共模電壓時，使用誤差這麼大的探頭是不可能準確測量高頻15 V差分信號的。

 

圖6. 100 MHz帶寬差分探頭在頻率提高時CMRR額定值下降到-27 dB。

 

在計算共模抑製時，另一個考慮因素是探頭和DUT之間的連接。大多數共模抑製指標隻包括探頭，沒有考慮額外的連接選項，如大的掛勾夾。

 

由(you)於(yu)缺(que)乏(fa)足(zu)夠(gou)的(de)探(tan)測(ce)配(pei)件(jian)，許(xu)多(duo)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)求(qiu)助(zhu)於(yu)某(mou)些(xie)替(ti)代(dai)技(ji)術(shu)來(lai)執(zhi)行(xing)高(gao)壓(ya)側(ce)器(qi)件(jian)測(ce)量(liang)，如(ru)先(xian)測(ce)量(liang)低(di)壓(ya)側(ce)，使(shi)用(yong)全(quan)麵(mian)仿(fang)真(zhen)推(tui)導(dao)高(gao)壓(ya)側(ce)結(jie)果(guo)，考(kao)察(cha)發(fa)熱(re)的(de)特(te)點(dian)
、EMI接近式探測，如果這些方法都行不通，那麼就隻能試錯了。

 

高性能隔離探頭

 

SiC和GaN 功(gong)率(lv)器(qi)件(jian)擁(yong)有(you)超(chao)快(kuai)速(su)開(kai)關(guan)速(su)率(lv)和(he)高(gao)標(biao)稱(cheng)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)，在(zai)測(ce)試(shi)這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)時(shi)，單(dan)端(duan)探(tan)頭(tou)和(he)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)的(de)局(ju)限(xian)性(xing)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)明(ming)顯(xian)。由(you)於(yu)這(zhe)些(xie)信(xin)號(hao)捕(bu)獲(huo)問(wen)題(ti)源(yuan)於(yu)接(jie)地(di)需(xu)求(qiu)，因(yin)此(ci)可(ke)行(xing)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)所(suo)采(cai)用(yong)的(de)探(tan)頭(tou)技(ji)術(shu)不(bu)能(neng)依(yi)賴(lai)於(yu)接(jie)地(di)，從(cong)而(er)或(huo)多(duo)或(huo)少(shao)地(di)不(bu)受(shou)共(gong)模(mo)電(dian)壓(ya)的(de)影(ying)響(xiang)。這(zhe)種(zhong)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)完(wan)全(quan)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)運(yun)行(xing)，提(ti)供(gong)了(le)大(da)量(liang)的(de)優(you)勢(shi)，包(bao)括(kuo)高(gao)達(da)1 GHz的帶寬、大的差分電壓範圍、在所有頻率中提供了完美的共模抑製能力。

 

在執行高壓側VGS測量時，工程師需要查看足夠的波形細節
，來確認仿真，評估信號特點，如與圖7中表示的理想狀態相比產生的振鈴。高壓側VGS打開，第一個區域表示CGS門源充電時間，後麵是米勒平台。在通道進行傳導後，門將充電到最終值。

 

圖7. 這是高壓側VGS理想狀態的示意圖。

 

圖8比較了使用傳統高壓差分探頭與使用高性能隔離探頭進行高壓側VGS測量
，明顯可以看出，在傳統探頭提供的測量基礎上，很難提取有意義的信息，製訂設計決策。

 

圖8. 隔離高壓差分探頭提供了優化器件性能所需的信心。

 

相比之下，隔離高壓測量係統為測量、表(biao)征(zheng)和(he)優(you)化(hua)設(she)計(ji)性(xing)能(neng)提(ti)供(gong)了(le)所(suo)需(xu)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)可(ke)重(zhong)複(fu)性(xing)。可(ke)以(yi)明(ming)顯(xian)看(kan)出(chu)米(mi)勒(le)平(ping)台(tai)及(ji)開(kai)關(guan)到(dao)節(jie)點(dian)轉(zhuan)換(huan)的(de)關(guan)聯(lian)。這(zhe)個(ge)波(bo)形(xing)清(qing)楚(chu)地(di)顯(xian)示(shi)了(le)以(yi)前(qian)隱(yin)藏(zang)的(de)諧(xie)振(zhen)和(he)信(xin)號(hao)細(xi)節(jie)，從(cong)而(er)為(wei)優(you)化(hua)性(xing)能(neng)、開發設計而又不會過於保守提供了所需的信心。

 

高壓側，低壓側交互

 

對容差緊張的GaN器件，開關節點中低壓側開關與高壓側門極之間的寄生耦合，是診斷起來比較困難的問題之一。圖9xianshilelaizigaoyacedeguochonghuozhenlingchuandidaodiyacedeqingkuang。ruguobunengzhixingzhunquedegaoyaceceliang
，zhezhongqingkuangshiwucongzhixiaode，qihuichanshengdaliangdewenti，zhishaohuidaozhikaiguanhexiaolvsunhaoheliehua，zuihuaiqingkuangshidiyacehegaoyacekaiguantongshidakaidaozhizainanxingdeguzhang。

 

圖9. 能夠查看實際波形，使得診斷和解決開關節點之間的寄生耦合等問題成為可能。

 

小結

 

可ke以yi肯ken定ding地di說shuo
，半ban橋qiao和he門men驅qu動dong器qi測ce量liang麵mian臨lin著zhe諸zhu多duo挑tiao戰zhan，必bi須xu克ke服fu這zhe些xie挑tiao戰zhan，才cai能neng全quan麵mian利li用yong最zui新xin寬kuan禁jin帶dai器qi件jian的de優you勢shi。這zhe要yao求qiu正zheng確que的de測ce量liang技ji術shu和he強qiang大da的de測ce量liang解jie決jue方fang案an。通tong常chang來lai說shuo，問wen題ti的de根gen源yuan不bu在zai於yu示shi波bo器qi，而er在zai於yu探tan頭tou的de選xuan擇ze上shang。高gao壓ya側ce門men測ce量liang尤you其qi困kun難nan
，但dan通tong過guo了le解jie共gong模mo抑yi製zhi比bi，及ji隔ge離li高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou在zai存cun在zai高gao共gong模mo電dian壓ya情qing況kuang下xia可ke以yi怎zen樣yang實shi現xian精jing確que可ke靠kao地di測ce量liang，許xu多duo相xiang關guan挑tiao戰zhan都dou能neng迎ying刃ren而er解jie。

 

關於泰克科技

 

泰克公司總部位於美國俄勒岡州畢佛頓市，致力提供創新、精確
、操作簡便的測試、測量和監測解決方案，解決各種問題，釋放洞察力，推動創新能力。70多年來，泰克一直走在數字時代前沿。
(來源：泰克科技公司
，作者：泰克科技公司，WilsonLee)