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測試與測量
碳化矽電力電子系統中的
有效訊號量測
Tektronix供稿
經過多年的研究和設計，各種電源電子應用的設計中正在廣泛地採用 碳化矽(SiC)電源裝置，亦即從矽轉變為SiC的設定促使產品使用全新 的節能設計。與矽IGBT和MOSFET相比，SiC具有更高的效率、更快的 切換速度和更高的熱效能，進而提高了功率密度並降低了系統成本。
電流感測器所得到的切換損耗量 測值要比400MHz電流觀察電阻器 (CVR)低30%，這是因為30MHz探 棒無法擷取切換波形的完整特性。 高頻寬、低雜訊訊號可提供這些重 要量測所需的準確度。
SiC適合用於更高功率、更高 電壓的設計應用，例如電動車(EV) 的馬達驅動器、EV快速充電站、車 載和車載充電器、風能和太陽能逆 變器，以及工業電源。
• 共模暫態會影響量測準確度 嗎?
本文件將聚焦於 CAB011Ml2FM3高效能半橋模 組。此模組具有Wolfspeed C3M SiC MOSFET，而且亦屬於靈活的 Wolfspeed WolfPACK電源模組 系列的一部分，圖1所示為其中之 一。這些模組消除了傳統的基板， 進而提高了熱效能。此外，針腳閘 格設計允許可擴展性和靈活性， 並且在同一標準外殼中具有許多 模組選配。這樣就可以開發替代的 轉換器組態和拓撲，而對熱管理系 統和電氣設計的更動最少。
SiC技術在電源轉換設計中的 實作內容已記錄在JEDEC標準JC- 70.2 (定義了SiC電力電子轉換半 導體標準和測試方法)，表示其已 成為一項成熟的技術。技術成熟 的另一個標誌是SiC FET供應商提 供的進階評估板，例如Wolfspeed WolfPACK KIT-CRD-CIL12N- FMC。這些評估板使工程師能分 析動態效能的特性，並量測時序、 速度、切換損耗，以及針對不同應 用調整閘極驅動器行為。
• 我看到的振鈴是真實的狀況， 還是探測響應的結果? 對於工程師而言，解決這些挑
接下來是電源系統設計人員 在轉向SiC時需考慮的一些問題: • 我的測試設備是否能夠準確量 測SiC系統中的快速切換動態
特性?
• 如何準確最佳化閘極驅動效能
和停滯時間? www.eettaiwan.com | 2021年10月
戰是一件困難的任務。對所有這些 訊號的準確可見性也很重要，以便 可及時做出正確的設計決策。增加 設計餘裕和過度設計只會增加成 本並降低效能，而使用正確的量 測設備可能會有所不同。
設計人員可使用Tektronix IsoVu探棒與4、5或6系列混合訊 號示波器(MSO)搭配使用，以及儀 器上隨附的自動量測功能，來驗證 SiC電路級效能。
硬體概述
時域量測和切換損耗計算的 準確性將會受到用於收集量測的 探棒的準確性、頻寬和延遲的影 響。以下是常見儀器探棒的數種 比較結果，儘管此討論強調示波 器探棒之間的差異，但特定的實 作方式(例如佈線、寄生和耦合)在 量測準確度中也是十分重要的因
為了提供所需的可見性，測試 設備必須先對量測通道進行電氣 隔離，然後再進入示波器。以SiC 為基礎的電源裝置可在幾奈秒內 開啟和關閉，進而需要示波器和 200MHz或更高的探棒頻寬，以擷 取暫態的快速上升邊緣和下降邊 緣。例如，使用30MHz Rogowski
確保SIC驗證中的量測準確性
TEST & MEASUREMENT