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光隔离探头是一种使用光传输信号,将探头的参考电压与示波器的参考电压(通常指接地)隔离,能够抑制高共模电压,使工程师能够在高压、噪声环境中准确、安全地测量浮地信号的探头。
1. 新品探头介绍
是德科技推出了一系列全新的光隔离探头,专为提升宽禁带半导体氮化镓(GaN)和碳化硅(SiC)等快速开关器件的测试效率和准确性。这些探头适用于功率转换、电机驱动和逆变器等领域,特别是在验证半桥和全桥架构时,能够测量高共模电压下的微小差分信号。
图1:PS0008A 1GHz 带宽光隔离探头(新品)
图2:PS0004A/6A/8A 探头构造
差分电压 (Max Differential Voltage)
+/- 2500V (AC peak + DC)
带宽 (Bandwidth)
350 MHz, 700 MHz, 1 GHz
共模抑制比 (CMRR)
DC
100 MHz
1 GHz
160 dB
>85 dB
80 dB
CM Voltage Range
+/- 60000 V
图3:光隔离探头核心指标
2. 高压差分探头 vs 光隔离探头
高压差分探头在电源测试应用中非常普遍。不过相比于光隔离探头,在宽禁带半导体等开关速度变化快,共模电压跳变快等驱动测试时,甘拜下风!
主要体现在以下四点:
带宽限制:
高压差分探头通常设计用于处理高电压信号,但它们的带宽可能不如光隔离探头。这意味着在需要高频率信号测量的应用中,高压差分探头可能无法提供足够快的响应时间。
共模干扰抑制能力:
虽然高压差分探头设计用于测量差分信号,并在一定程度上抑制共模干扰,但会随着被测信号的频率升高而急剧下降。而光隔离探头能够在很宽的频率范围内具有很高的共模抑制比(CMRR),提供更好的共模干扰抑制能力。
测试精度:
传统的差分探头一般共模耐压和差模耐压相同,在测量上管驱动信号时,需要根据较大的共模电压选择探头的电压范围,严重影响测试精度,光隔离探头在所有的差分电压范围下,均可达到60000 V 共模电压,可以选择合适的差模电压范围的探头前端进行准确的测量。
安全性:
高压差分探头在测量高电压时,用户仍然需要与高压电路有直接的电气连接,这可能会带来安全风险。相比之下,光隔离探头由于电气隔离的特性,可以为测试人员提供更高的安全保护,特别是在处理极高电压时。
图4:光隔离探头相于高压差分探头的优势
3. 光隔离探头的主要应用场景
光隔离探头主要应用于电动汽车、再生能源以及功率半导体领域。可用于 MOSFETs、IGBTs以及宽禁带半导体 SiC、GaN的测试。主要测试应用:
a. 基于GaN和SiC的转换系统设计分析
b. 电机驱动设计
c. EMC测试
d. 电流分流器测量
图5:三大主要应用
(电动汽车/再生能源/功率半导体)
SiC器件市场预计将在2029年达到超过100亿美元,复合年增长率(CAGR)为25%。纯电动车(BEV)仍将是SiC的主要市场驱动力,汽车与移动出行将占据整个SiC器件市场的80%以上。
图6:2023-2029 SiC 市场前景预测
提到GaN,大家都会想到GaN 充电器。在未来五年内,消费类应用(快充)将继续占据GaN功率器件市场的最大份额,并成为市场的主要驱动力。到2028年,这一领域将占据总市场的64%以上。
图7:2022-2028 GaN 市场前景预测
注:图6和图7来源:Power SiC and GaN Compound Semiconductor Market Monitor Q1 2024
当用户进行开关电源上管Vgs驱动信号测试时,传统的高压差分探头受制于较低的共模抑制比,较小的差分Vgs信号(一般2-15V以内)很容易受到较大共模电压(一般数百-数千V)影响,同时我们并不能用适合2-15V电压范围的差分探头进行测试因为它们的共模耐压也是同样水平,一般需要用等同共模电压的差分探头进行测试,这也给测试带来了很多额外噪声,而光隔离探头完美的解决了这些问题,下图8是一个SiC MOSFET 在母线电压为60V的时候传统的高压探头和光隔离探头的上管驱动信号测试结果对比,可以看到传统差分探头测试结果震荡非常的多,请注意这个对比只使用了60V共模电压。如果母线电压越高,震荡将会更激烈!
图8:使用高压探头(绿色)和光隔离探头(黄色)测Vgs 的对比
ATTENTION:如果你考虑将示波器浮地以节省成本,我们强烈建议你不要这样做,因为这存在安全隐患。此外,由于示波器对地的电容问题,其共模抑制比(CMRR)通常较低。
图9:上管测量典型连接图
(光隔离探头目前适配MXR/EXR系列中端示波器)
注:Vgs 是指开启功率半导体器件所需的电压,而Vds 是指器件上的电压降,即在不损坏器件的情况下可以安全施加的最大电压。
是德科技光隔离探头具有高达1 GHz的带宽、±2500 V的差分电压范围以及高达160 dB的共模抑制比能力,比高压探头高100 dB的共模抑制能力,使其成为高压、上管测量的理想选择!将显著推动电动汽车(EV)、可再生能源、功率半导体等高压领域在开关损耗测试方面的技术进步。是德科技致力于为客户提供最佳的电源测试技术,以实现下一个突破!
读文章,集徽章
关键词:宽禁带半导体/SiC/GaN/CMRR/高压差分探头/光隔离探头/新品/示波器
参考阅读:
读文章,集徽章|回归基础之现代示波器架构解析
读文章,集徽章|官方拆解百万示波器