第三代半導(dǎo)體碳化硅(SiC)、氮化鎵(GaN)是近幾年新興的功率半導(dǎo)體,相比于傳統(tǒng)的硅(Si)基功率半導(dǎo)體,氮化鎵和碳化硅具有更大的禁帶寬度,更高的臨界場強(qiáng),使得基于這兩種材料制作的功率半導(dǎo)體具有耐壓高、導(dǎo)通電阻低、寄生參數(shù)小等優(yōu)異特性,應(yīng)用于開關(guān)電源領(lǐng)域時,具有損耗小、工作頻率高、可靠性高等優(yōu)點,可以大大提升開關(guān)電源的效率、功率密度和可靠性等。
圖1:碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)的開關(guān)動作時間
碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)的開關(guān)時間都在納秒(ns)級別,這樣的顯著優(yōu)勢是降低了開關(guān)電源的損耗,但是更短的開關(guān)時間意味著高次諧波分量的顯著增加,在橋式電路應(yīng)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(zhàn)。
圖2所示,相較于傳統(tǒng)硅基IGBT,碳化硅具有更高的頻率分布和高頻能量。
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(dǎo)通與關(guān)斷,Vcm在0V和1000V之間跳動,一般來說Vgs在20V以內(nèi),遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Vcm ,在測量時,我們關(guān)心的是Vgs的信號特征,這是個差模信號,此時Vcm成了共模干擾,我們不希望它出現(xiàn)在我們的測試信號中,然而事與愿違,共模干擾在電源電路中如影子一般甩不掉,無論是電源設(shè)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(biāo),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(dāng)頻率到達(dá)100MHz時,一般只能做到20dB左右。圖2的頻譜看出,碳化硅在100MHz時仍有巨大的能量,這可以很好的理解為什么傳統(tǒng)的高壓差分探頭無法勝任這項測試工作,用其測試所呈現(xiàn)出波形的準(zhǔn)確性為什么經(jīng)常受到質(zhì)疑。
審核編輯 黃宇
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