SiC和GaN MOSFET技能的呈现，正推进着功率电子职业产生推翻式革新。这些新资料把整个电源转化体系的功率前进了多个百分点，而这在几年前是不行幻想的。
在实践国际中，没有抱负的开关特性。但根据新资料、具有超低开关损耗的多种宽禁带器材正在呈现，既能完成低开关损耗，又能处理超高速率dv/dt转化，并支撑超快速开关频率，使得这些新技能既成果了DC/DC转化器规划工程师的美梦，但一同也变成了他们的恶梦。
比方一名规划工程师正在开发功率转化运用，如逆变器或马达驱动操控器，或许正在规划功率因数校对电路 (PFC)，需求把电源功率前进到99%乃至挨近极限。他们会面对什么样的应战呢?
运用低损耗晶体管仅仅他们有必要翻越的整座大山的第一步。全面阻隔的栅极驱动器电路有必要能够正确驱动和操控功率等级，这会产生多个有必要处理的问题，从阻隔到电路维护技能，来防止所谓“馈通”问题的引起的潜在灾祸。
在规划高频转化器时，大部分规划时刻用在仿真和验证上，以承认现已考虑并处理一切或许的问题。
一个天才的PCB规划师能够在布线上做到完美，但寄生信号依然存在，且潜伏在每个旮旯，这就够规划团队忙的了，当然在这个过程中他们能够对新器材封装、新体系布线和新拓扑方面堆集经历。毋庸置疑，假如切换到新的SiC和GaN器材是十分复杂。
这种状况在功率体系规划项目中恰当常见。将PFC/电源商场与光伏逆变器商场相关起来，把xEV轿车商场与消费无线充电运用相关起来，这是将SiC和GaN技能发挥最大化的一同等待期望。
当然，这些不同运用体系之间的要求差异很大。规划人员对半导体器材的电场强度、导通电阻或阻断电压要求，或许会迫使其转入十分详细、十分窄的泳道。而不管是在250kHz下运用SiC 的20kW电动轿车充电桩规划人员，仍是开发6.78MHz根据GaN的无线功率规划的谐振拓扑规划人员，他们都面对着许多一同的问题。
在这两种状况下，规划人员都需求以高精度清楚地表征静态损耗和开关损耗。他们都需求清楚地处理和办理散热问题，量化冷却介质。他们的桌子上或许都摆着一大本新一代变压器、电感器和电容器产品目录，而他们曾经历来没用过这类产品。当面对EMC验证时，他们会十分忧虑焊接式探头接入线或许会变成迷你天线。
他们还开端认识到，他们曩昔运用的仪器及附件或许不足以满意当时测验需求。
他们必需测验几千伏的击穿电压，一同检测低至飞安级的走漏电流。电源、万用表、示波器，是否还能担任完成任务呢?
因为有必要一同丈量一切这些MOSFET Vgs和Vds及电流，在准确表征时延的前提下，他们还能运用四通道示波器和一些外部触发信号技巧来完成同步吗?他们应该花多少时刻对波形进行后期处理并将它们悉数放在一同以形成对电路特性的判别?他们是否有满足的灵敏度，在旧示波器上进行栅极阈值电压丈量，以及在屏幕上追寻振动，它们是实在的仍是来自探头引线?
SiC和GaN也不破例，规划人员简直全都遇到过多个痛点和丈量应战，包含：
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高dv/dt、高di/dt和高开关频率会产生EMI相关的问题
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在高共模电流的状况下丈量低电压
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高压过冲
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PCB布线规划中的串扰和其他问题
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确认来自丈量体系的过错百分比
Vgs丈量问题
在另一个范畴规划如相臂或半桥拓扑结构中，规划人员极力丈量拓扑中的Vgs，如图1所示。
图1：典型的相臂或半桥拓扑结构。
在这种结构中，当一个SiC MOSFET敞开时，超高dv/dt包含互补MOSFET的门极到源极电压(Vgs)，如图2所示。
图2：Vgs丈量的相关应战示意图。
当然，您不期望下降dv/dt，因为高的转化速率才能让这些器材完成最低的开关损耗。
因而，有必要用不同的方法处理这个问题，经过在栅极驱动器侧作业以自动操控切换过程中两级的栅极电阻。
此外，资深的PCB规划人员有必要保证总线和衔接通路完成最小的电感效应，避免对电感环路引起的电压和过冲振铃带来太多影响。在实践电路中，有必要一同丈量高压侧和低压侧Vgs，来验证一切这些单元，以表征脉宽调制(PWM)延迟时刻，最大极限地下降死区时刻，前进功用。然后您必需丈量电流及两个Vds，以全面表征开关损耗。
四通道示波器不足以担任这一作业，典型的8位ADC没有供给满足的笔直分辨率。此外，现在现已证明，大多数实验室中常用的探头也是不行的，其间也包含功用较好的差分探头，而传统上一向以为这些探头足以在高压侧进行起浮丈量。
传统差分探头是根据与地衔接的差分扩大器。这种接地方法约束了共模电压规模，导致共模电压频率额定值下降，产生接地环路，并约束了共模按捺。
走运的是，就像宽禁带器材产生推翻式革新相同，电源功率丈量处理方案也在产生推翻式革新。
新式丈量处理方案
这个范畴中的典型丈量体系根据示波器和差分探头，差分探头在被测器材(DUT)与示波器之间供给衔接。示波器选型至关重要，包含恰当的带宽、本底噪声、笔直分辨率、通道数量和运用软件。探头选型也至关重要，因为探头功用或许会成为丈量体系的约束要素。
在需求进行差分丈量时，因为共模按捺比的约束、起伏特性下降、频响及探头输入引线导致的寄生信号等约束，上述传统差分探头一般不能很好地表征实践信号。在测验SiC和GaN功率器材时，因为SiC和GaN功率器材的开关速度快，标称共模电压高，这些约束影响会进一步扩大。
图3：IsoVu丈量体系。
因为捕获这些信号的问题源自接地需求，因而可行的处理方案应该是不依赖接地的探头技能，因为不依赖接地，所以其或多或少不受高共模电压的影响。泰克科技公司开发的IsoVu丈量体系能够完成以上的测验需求，其彻底经过光纤进行操作。
IsoVu丈量体系是Vgs丈量的一个腾跃，也是仅有一同具有有必要高带宽、高共模电压和高共模按捺比的处理方案，能够完成宽禁带MOSFET的新运用中所需的差分丈量。IsoVu与DUT彻底完成电信号阻隔，选用光电传感器，把输入信号转化成光调制，在电气上把DUT与示波器离隔。
传感器头衔接到测验点上，全面完成电阻隔，经过其间一条光纤供电。探头尖直到衔接点全程屏蔽，最大极限地下降寄生信号。探头不仅为功率转化测验供给了显着的优势，还特别合适严厉的EMI和ESD测验要求。
与电气探头要尽或许短不同，电缆长度对根据光纤的丈量体系并不是问题。在DUT与示波器有必要(或应该)相距必定间隔时，长途丈量功用会十分有用。
图4：泰克示波器。
IsoVu体系适用于大多数泰克示波器，但最佳伙伴是与新式5系列MSO示波器的12位笔直分辨率结合运用，5系列示波器在一台仪器中供给了最多8条模仿通道，一同还供给了高档功率剖析软件。凭仗这种组合，规划人员总算能够使用宽禁带资料为DC到DC功率转化器供给的一切优势，一同对三相功率电子、电源规划、轿车电子等也是显着的前进。
作者：泰克科技公司，Andrea Vinci / Tom Neville
