Micsig 麥科信
2022-12-12
圖1：碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的開關動作時間
碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的開關時間都在納秒（ns）級別，這樣的顯著優勢是降低了開關電源的損耗，但是更短的開關時間意味著高次諧波分量的顯著增加，在橋式電路應用中，高壓疊加高頻，上橋臂的浮地測試給工程師帶來了極大的挑戰。
圖2： 碳化矽（SiC）與傳統矽基IGBT的頻譜分佈
圖2所示，相較於傳統矽基IGBT，碳化矽具有更高的頻率分佈和高頻能量。
圖3：上臂Vgs電壓疊加共模干擾電壓Vcm示意圖
圖3所示的半橋電路中，Vgs電壓浮空在擺動的Vcm之上，Vcm即下管的Vds，隨著下管QL的導通與關斷，Vcm在0V和1000V之間跳動，一般來說Vgs在20V以內，遠遠小於Vcm ，在測量時，我們關心的是Vgs的信號特徵，這是個差模信號，此時Vcm成了共模干擾，我們不希望它出現在我們的測試信號中，然而事與願違， 共模干擾在電源電路中如影子一般甩不掉，無論是電源設計階段還是測試分析階段，只能想辦法盡量抑制它的份量：提升差模信號，抑制共模信號。 抑制共模信號的能力有一個專門的指標，即共模抑制比（CMRR）。
常見的高壓差分探頭在100KHz時，CMRR>60dB，在1MHz時，CMRR>50dB，但是當頻率到達100MHz時，一般只能做到20dB左右。 圖2的頻譜看出，碳化矽在100MHz時仍有巨大的能量，這可以很好的理解為什麼傳統的高壓差分探頭無法勝任這項測試工作，用其測試所呈現出波形的準確性為什麼經常受到質疑。
圖4：碳化矽導通瞬間的Vgs信號波形
圖4中，黃色為高壓差分探頭在碳化矽導通瞬間的測試波形。 可以看出信號產生了嚴重的震蕩，在紅圈處的信號電壓已經超過碳化矽的Vgs極限值，這將導致器件的損壞，但是電路工作一切正常，這明顯是不符合邏輯的。
圖5：碳化矽關斷期間的Vgs信號波形
圖5所示，黃色是高壓差分探頭在碳化矽關斷期間的信號波形，紅圈處的電壓已經遠遠超過碳化矽所能承受的負壓（一般在 -10V以內），但是器件並沒有損壞，這明顯也是不符合邏輯的。
真實的Vgs信號是什麼樣的？ 器件的性能是否達到了設計預期？ 開關電源電路中的碳化矽或者氮化鎵器件參數是否有安全冗餘？ 開關損耗計算的結果是否真實？ 工程師的一系列疑問都指向一個共同的點：第三代半導體的測試難題。
Micsig基於SigOFIT™專有技術的光隔離探頭正好破解了這個難題。
圖6：Micsig基於SigOFIT™專有技術的光隔離探頭
在圖4和圖5中，藍色的波形為Micsig光隔離探頭測得的結果，可以看出目標板的Vgs信號非常平滑，電路參數設計的十分完美，碳化矽器件在安全參數範圍內運行。 光隔離探頭能觀察到真實的波形形態，得益於極高的共模抑制能力，Micsig光隔離探頭在200MHz時，仍然有80dB的共模抑制比。
除了碳化矽之外，在針對氮化鎵的測試環境下，光隔離探頭更具有無與倫比的優勢。 氮化鎵相比碳化矽具有更短的開關時間，對測試探頭的共模抑制能力要求更高，這正是光隔離探頭的專長。 差分探頭由於引線一般不少於幾十釐米，具有很大的寄生電容和天線效應，當用差分探頭觸及氮化鎵控制極時，劇烈的震蕩會引起氮化鎵器件瞬間燒毀爆炸（俗稱炸管），很多做氮化鎵電路設計的工程師抱怨說，一天炸管幾次是常有的事，一碰就炸，人都搞得神經兮兮的。 Micsig光隔離探頭採用MCX連接，引線極短，幾乎沒有天線效應，寄生電容在幾pF之內，測試氮化鎵十分安全。
Micsig光隔離探頭採用獨家SigOFIT™信號光纖隔離技術，在高壓測試情況下，很好的解決了人身安全和後端儀器的安全問題。 光隔離探頭共模電壓可達60KVpk以上（完全由測試環境的絕緣物決定），光纖長度超過10米對信號也沒有影響，使用者可以定製需要定製長度，這是電纜傳輸信號的所有其他探頭不具有的特質。
第三代半導體測試的突破 —— Micsig光隔離探頭
第三代半導體碳化矽（SiC）、氮化鎵（GaN）是近幾年新興的功率半導體，相比於傳統的矽（Si）基功率半導體，氮化鎵和碳化矽具有更大的禁帶寬度，更高的臨界場強，使得基於這兩種材料製作的功率半導體具有耐壓高、導通電阻低、寄生參數小等優異特性，應用於開關電源領域時，具有損耗小、工作頻率高、可靠性高等優點，可以大大提升開關電源的效率、 功率密度和可靠性等。圖1：碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的開關動作時間
碳化矽（SiC）和氮化鎵（GaN）的開關時間都在納秒（ns）級別，這樣的顯著優勢是降低了開關電源的損耗，但是更短的開關時間意味著高次諧波分量的顯著增加，在橋式電路應用中，高壓疊加高頻，上橋臂的浮地測試給工程師帶來了極大的挑戰。
圖2： 碳化矽（SiC）與傳統矽基IGBT的頻譜分佈
圖2所示，相較於傳統矽基IGBT，碳化矽具有更高的頻率分佈和高頻能量。
圖3：上臂Vgs電壓疊加共模干擾電壓Vcm示意圖
圖3所示的半橋電路中，Vgs電壓浮空在擺動的Vcm之上，Vcm即下管的Vds，隨著下管QL的導通與關斷，Vcm在0V和1000V之間跳動，一般來說Vgs在20V以內，遠遠小於Vcm ，在測量時，我們關心的是Vgs的信號特徵，這是個差模信號，此時Vcm成了共模干擾，我們不希望它出現在我們的測試信號中，然而事與願違， 共模干擾在電源電路中如影子一般甩不掉，無論是電源設計階段還是測試分析階段，只能想辦法盡量抑制它的份量：提升差模信號，抑制共模信號。 抑制共模信號的能力有一個專門的指標，即共模抑制比（CMRR）。
常見的高壓差分探頭在100KHz時，CMRR>60dB，在1MHz時，CMRR>50dB，但是當頻率到達100MHz時，一般只能做到20dB左右。 圖2的頻譜看出，碳化矽在100MHz時仍有巨大的能量，這可以很好的理解為什麼傳統的高壓差分探頭無法勝任這項測試工作，用其測試所呈現出波形的準確性為什麼經常受到質疑。
圖4：碳化矽導通瞬間的Vgs信號波形
圖4中，黃色為高壓差分探頭在碳化矽導通瞬間的測試波形。 可以看出信號產生了嚴重的震蕩，在紅圈處的信號電壓已經超過碳化矽的Vgs極限值，這將導致器件的損壞，但是電路工作一切正常，這明顯是不符合邏輯的。
圖5：碳化矽關斷期間的Vgs信號波形
圖5所示，黃色是高壓差分探頭在碳化矽關斷期間的信號波形，紅圈處的電壓已經遠遠超過碳化矽所能承受的負壓（一般在 -10V以內），但是器件並沒有損壞，這明顯也是不符合邏輯的。
真實的Vgs信號是什麼樣的？ 器件的性能是否達到了設計預期？ 開關電源電路中的碳化矽或者氮化鎵器件參數是否有安全冗餘？ 開關損耗計算的結果是否真實？ 工程師的一系列疑問都指向一個共同的點：第三代半導體的測試難題。
Micsig基於SigOFIT™專有技術的光隔離探頭正好破解了這個難題。
圖6：Micsig基於SigOFIT™專有技術的光隔離探頭
在圖4和圖5中，藍色的波形為Micsig光隔離探頭測得的結果，可以看出目標板的Vgs信號非常平滑，電路參數設計的十分完美，碳化矽器件在安全參數範圍內運行。 光隔離探頭能觀察到真實的波形形態，得益於極高的共模抑制能力，Micsig光隔離探頭在200MHz時，仍然有80dB的共模抑制比。
除了碳化矽之外，在針對氮化鎵的測試環境下，光隔離探頭更具有無與倫比的優勢。 氮化鎵相比碳化矽具有更短的開關時間，對測試探頭的共模抑制能力要求更高，這正是光隔離探頭的專長。 差分探頭由於引線一般不少於幾十釐米，具有很大的寄生電容和天線效應，當用差分探頭觸及氮化鎵控制極時，劇烈的震蕩會引起氮化鎵器件瞬間燒毀爆炸（俗稱炸管），很多做氮化鎵電路設計的工程師抱怨說，一天炸管幾次是常有的事，一碰就炸，人都搞得神經兮兮的。 Micsig光隔離探頭採用MCX連接，引線極短，幾乎沒有天線效應，寄生電容在幾pF之內，測試氮化鎵十分安全。
Micsig光隔離探頭採用獨家SigOFIT™信號光纖隔離技術，在高壓測試情況下，很好的解決了人身安全和後端儀器的安全問題。 光隔離探頭共模電壓可達60KVpk以上（完全由測試環境的絕緣物決定），光纖長度超過10米對信號也沒有影響，使用者可以定製需要定製長度，這是電纜傳輸信號的所有其他探頭不具有的特質。
