В конце 2024 года в отеле в Шэньчжэне торжественно открылся 15-й Форум по развитию энергетических технологий в Азии, организованный Century Power Network. Компания Micsig была приглашена принять участие в этом форуме, где специалисты участвовали в углубленном обмене мнениями с многочисленными экспертами отрасли о новых технологиях и решениях в области тестирования и измерений силовой электроники. На гала-церемонии Power Industry Supporting Brand Awards компания Micsig получила награду Optical Isolation Probe Excellence Award за мощные научно-исследовательские возможности и высокое качество продукции.
В день форума стенд Micsig был очень оживленным, участники делились своим практическим опытом в сфере энергетики. Профессиональные эксперты пришли "не с пустыми руками", а с тестовыми платами для проведения измерений в реальном времени с использованием оптических изоляционных зондов и были удовлетворены результатами тестирования.
Компания Micsig активно участвует в отрасли на протяжении многих лет, являясь лидером в производстве портативных осциллографов и оптических изоляционных пробников. Компания всегда стремится решать проблемы и удовлетворять потребности производителей электроэнергетики, предлагая сценарии тестирования и измерений силовых полупроводников.
Зонды оптической изоляции играют ключевую роль в двойных импульсных тестах. В качестве примера рассмотрим полумостовую схему управления затвором MOSFET, где необходимо проверить Vds, Id и Vgs нижнего транзистора, а также наблюдать Vgs верхнего транзистора. Здесь эксперты используют зонды оптической изоляции для проверки сигнала Vgs верхнего транзистора, а также рекомендуют использовать осциллограф высокой разрешающей способности Micsig серии 3 с полосой пропускания до 500 МГц, частотой дискретизации 3 GS/s и 4 каналами, который может поддерживать одновременное наблюдение за переключением верхнего и нижнего транзисторов, а также за сигналом Id.
Многие пользователи могут задаться вопросом: "Мы использовали высоковольтные дифференциальные пробники серии DP от Micsig, которые хорошо работают при тестировании кремниевых устройств, способных измерять напряжение до 7000 В, с небольшой полосой пропускания (500 МГц). Теперь мы перешли на устройства GaN и SiC, которые должны соответствовать требованиям пропускной способности для этих устройств и могут тестировать нижний транзистор, но почему всегда возникает проблема при тестировании напряжения верхнего транзистора?"
Благодаря анализу данных и сравнению приведенного выше графика мы обнаружили, что скорость переключения карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) достигла уровня наносекунд. Значительным преимуществом этой функции является то, что она уменьшает энергопотребление импульсного источника питания, но также создает огромные трудности для тестирования. В полумостовой схеме напряжение Vgs верхнего транзистора повышается на непрерывно проводящем и переключающем нижнем транзисторе Vds. Напряжение Vds может завершить скачок от нуля до тысяч вольт за несколько наносекунд, при этом высокое напряжение накладывается на высокую частоту, вызывая значительное увеличение гармонических компонентов высокого порядка. Дифференциальное напряжение Vgs нашего измеряемого объекта часто составляет всего несколько десятков вольт, на что существенно влияют синфазные помехи, вызванные гармониками высокого порядка Vds. Нам нужно попытаться подавить эту синфазную помеху во время измерения, что требует, чтобы испытательное оборудование все еще имело высокую способность отклонения синфазного сигнала в высокочастотном диапазоне, и этот параметр называется коэффициентом подавления синфазного сигнала (CMRR).
Возьмем в качестве примера высоковольтный дифференциальный пробник Micsig серии DP: на 100 кГц CMRR > -70 дБ; на 20 МГц CMRR > -40 дБ; на 120 МГц CMRR > -26 дБ. Для дифференциальных пробников этот CMRR уже является отличным в промышленности, но его все еще недостаточно, чтобы удовлетворить наши требования к измерению Vgs верхнего транзистора. Нам нужен тестовый прибор, который все еще имеет высокий CMRR в диапазоне высоких частот.
Сравнение высоковольтных дифференциальных пробников и оптических изоляционных пробников в реальных измерениях
Что касается влияния CMRR на тестирование, давайте проведем сравнение, чтобы увидеть проблемы, вызванные высоковольтными дифференциальными пробниками при тестировании устройств с SiC, а также сравнение тестов с пробниками с высоким CMRR:
Испытуемое устройство представляет собой SiC-переключатель с верхним и нижним транзисторами с напряжением Vce около 500 В. Высоковольтные дифференциальные пробники и пробники оптической изоляции (с использованием пробника оптической изоляции Micsig серии MOIP) одновременно подключаются к сигналу Vge верхнего транзистора для проверки двойного импульса.
Приведенное выше изображение является диаграммой результатов теста. Белый сигнал на рисунке является результатом тестирования высоковольтного дифференциального пробника. Можно увидеть, что при повышении Vge происходят сильные колебания вверх и вниз, и исходную форму волны почти невозможно различить. Мы использовали высоковольтные дифференциальные пробники для проверки сигнала Vge верхнего транзистора, когда напряжение Vce достигает 800 В. Колебания превысили напряжение выключения SiC, что серьезно повлияет на суждение инженеров.
Красная форма сигнала на рисунке проверяется с помощью оптического изоляционного пробника, и помехи сигнала значительно меньше. Если пробник оптической изоляции тестируется отдельно, помех почти нет. Здесь наблюдаемые помехи – это влияние высоковольтного дифференциального пробника на пробник оптической изоляции. На самом деле нижний шум пробника оптической изоляции ниже, чем шум высоковольтного дифференциального пробника, точность выше, а синфазное напряжение, которое можно измерить, также больше. Как это достигается?
Преимущества оптических изоляционных пробников
Micsig использует свою эксклюзивную технологию SigOFIT™ для выбора соответствующего аттенюатора для размера измеряемого сигнала перед тестированием, что позволяет проводить полномасштабное тестирование дифференциальных сигналов от ±0,01 В до ±6250 В. Адаптируясь к широкому диапазону тестов, он улучшает точность теста (достигает 1%), уменьшает донный шум и увеличивает отношение сигнал/шум.
Серия оптических изоляционных пробников Micsig MOIP может достигать полосы пропускания до 1 ГГц с минимальным нижним шумом менее 0,45 мВ (среднеквадратичное значение). В диапазоне 1 ГГц CMRR все еще превышает 100 дБ. Таким образом, использование пробников оптической изоляции для измерения Vgs верхнего транзистора больше не требует учета влияния синфазных помех, идеально решая проблему недостаточного CMRR высоковольтных дифференциальных пробников.
Кроме того, из-за длинных проводов (обычно около 20 см) два входных провода дифференциального пробника можно рассматривать как антенну, которая воспринимает помехи внешнего магнитного поля. Благодаря чрезвычайно высокой скорости переключения нитрида галлия магнитное поле, создаваемое им, проходя через входной конец высоковольтного дифференциального пробника, вызовет колебания. Иногда эти колебания превышают определенный предел, в результате чего устройство с нитридом галлия перегорает и мгновенно взрывается. Пробник с оптической изоляцией использует соединение MCX или MMCX с чрезвычайно короткими проводами, почти без эффекта антенны и паразитной емкостью в пределах нескольких пФ, что устраняет угрозы, вызванные тестированием.
Итог
Глядя в будущее, Micsig продолжит поддерживать концепции инноваций, профессионализма и совершенства, постоянно увеличивая инвестиции в исследования и разработки.
