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高性价比氮化镓(GaN)功率半导体元器件测试方案

发布日期:2020-06-29 浏览次数:210 来源:罗德与施瓦茨中国
   随着智能手机、电动汽车、智能电网、5G通讯基站、场效应晶体管及消费电子市场的蓬勃发展,电信行业不断需要更高的数据速率,工业系统不断需要更高的分辨率,这助推了半导体技术的突飞猛进。而宽禁带半导体(WBG)在实现这一切的过程中将发挥重要作用。作为第三代半导体材料,WBG具有更宽的禁带宽度、更高的击穿电场、更高的热导率、更大的电子饱和速度以及更高的抗辐射能力,更适合制作高温、高频、抗辐射及大功率器件。
 
  在当今的功率电子场频中,质量与可靠性是必须首要考虑的,而设计的重点是最大限度的提高效率和功率密度,同时最小化成本。另外,工作频率的显著增长也不断给当前的设计时间带来不小的挑战,比如对电磁干扰/兼容(EMI/EMC)性能和生产能力的改善需求。而WBG的不断进展将使上述目标都成为可能。
 
  目前较为成熟的第三代半导体材料就是SiC和GaN。其中,GaN是极其稳定的化合物,又是坚硬和高熔点材料,熔点为1700℃。它具有高的电离度,出色的击穿能力、更高的电子密度和电子速度,且还具有低导通损耗、高电流密度等优势。GaN通常用于微波射频、电力电子、光电子三大领域,涉及到的行业包括5G通信、卫星通讯、雷达预警、新能源汽车、消费电子、智能电网、高速轨道交通、激光器、光电探测器、LED等。
 
  而今天我们在这里,将与您聊聊,近期在消费电子市场发展势头迅猛的集成了WBG材料的移动设备快充,电源转换器的测量技术。
 
  随着电子工业的发展,SiC和GaN正在突破传统材料的限制,服务广泛电子技术更多的潜能,而功率电子设计人员面临的挑战也将越来越严峻,既需要提高效率和性能,也需要满足可靠性标准,实现更高的功率密度并降低成本。改善效率的一个方法是提高开关速度,并降低开关损耗。提高开关速度通常会增加开关损耗,使得更加难以控制门极驱动。这还可能导致更高的纹波电流并加剧EMI问题。
 
  使用示波器和示波器探头准确测量开关时需要更高的分辨率,并且在更高的开关频率下共模误差会增加并出现相应问题,因此导致测量充满挑战性。对于使用宽禁带材料的设计人员而言,进行此类精确测量难度甚至更大。
 
  GaN驱动电路测试难点–VGS(Gate-to-SourceVoltage):由于GaN功率器件具有高共模电压和高速的开关频率,在进行VGS测试时,为了能够准确测量存在于高共模电压下的差分电压,俗称上管测试。需要示波器探头有非常好的CMRR(共模抑制比)能力,同时需要测试探头具有较高的带宽以保证上升时间的测量要求。隔离探头在上述两方面有着不错的表现,但问题在于其高昂的价格(最低带宽200MHz型号售价15万人民币以上),相较于高压差分探头其测量结果的提升远远不如价格差异明显。而且售价高昂的探头意味着一旦损坏其维修费用恐怕也会很惊人。
 
  当然,任何一项技术的推出,在市场化应用的初期,成本是绕不开的话题。电力电子工程师想要两者兼得,既期望满足在电子测试中确保一流的性能和一致性结果,也希望测试成本不再成为负担。
 
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