【经验】如何有效测量实际应用中的高性能eGaN®FET

时间： 2020-07-11 来源：EPC

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<出发点>

随着基于eGaN FET的转换器的电路性能的进步，同时也推动了对eGaN FET进行高性能测量的需求。本文比较了各种测量技术以及该测量技术在实际应用中能否准确评估高性能eGaN FET的能力。

<带宽对测量的影响>

在评估基于eGaN FET的转换器（例如半桥）时，漏极和栅极的典型波形测量包括有：上升和下降时间，峰值过冲，下冲和过冲振铃频率。系统带宽的选择会直接影响这些测量的结果。通常，测量系统具有如图1所示的低通特性。被测波形的振铃频率相对于系统带宽的位置决定了测量的准确性。图2中展示了低（500 kHz）和高（10 MHz）开关频率的波形，可以使用Tektronix的2 GHz带宽MSO5204和1 GHz TPP1000探头进行测量。对于低频板而言，即使减少了系统带宽，大多数参数对于低频板也是可以测量的，但是对于高频板，只有在高系统带宽设置（500 MHz和1 GHz）下，死区时间才能勉强可测。

图1 典型示波器+探头系统的低通特性

图2 测量系统带宽对开关节点测量的影响

<测量技术的影响>

为了准确捕获高保真的波形，重要的是使用合适的探测技术以及具有低输入电容和短接地回路连接功能的探头。虽然长接地相对而言比较方便，因为用户可以只用一个接地连接，就可以在接地线范围内探测许多测试点，但它会产生较大的分布电感，同时会干扰过冲和振铃频率的测量。图3中展示了在一根短导线（弹簧夹）上使用长的接地导线（分配夹）对测量造成的影响。短的接地导线可提供更干净的波形，并可准确测量振铃频率。探针引线之间的相对位置很重要，即需要接地回路较短，但是引线的绝对位置对测量的影响不大。图3中的“远点”比“近点”离eGaN FET更远，但是由于接地回路较短，因此其波形几乎相同。

图3 测量技术的影响和测量点的选择

<高共模信号的差分测量>

在许多基于eGaN FET的功率设备（例如半桥）中，高共模差分电压信号的测量至关重要，例如高侧开关的栅极-源极间的信号测量。在这种情况下，参考节点在低和高共模电压之间切换，普通的差分探头由于没有足够的共模抑制比（CMRR），无法准确测量波形。可以利用示波器的数学模式，来间接测量这些波形，但会导致通道失配，CMRR较差以及示波器输入上共模电压过驱的问题。诸如Tektronix IsoVu TIVM1之类的隔离式光学测量系统具有高带宽（1 GHz），极佳的CMRR（> 120 dB @ 100 MHz）和较大的输入阻抗，可以解决这些测量难题。图4展示了使用这些测量系统的测量优势，并与使用两个探头并利用示波器的数学函数模式（将一个探头的信号减去另一个探头的信号）的测量方法，进行了对比。

图4 高共模信号的差分测量：使用数学函数模式与IsoVu TIVM1测量方式的比较

<总结>

本文介绍了基于eGaN FET的功率转换器件设计的各种测量注意事项。涵盖了带宽的影响，测量技术以及高带宽隔离式探头的正确使用方法。

通常，如表1所示，当前最先进的测量系统（带宽〜1 GHz）足以满足大多数基于eGaN FET的转换器设计的测量需求。此外，更重要的是要使用具有低输入电容和短接地回路的探头，从而能准确地进行测量。结合更好的测量技术以及对特定应用下不同测量系统要求的灵活把握，电路设计人员可以更好地优化基于高性能eGaN FET的器件的设计。

表1 不同eGaN FET尺寸的系统要求

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