Anwendung der Micsig SigOFiT Optical-Fiber Isolated Probe für die dynamische Charakterisierung von Siliziumkarbid (SiC) MOSFETs
Fallübersicht:
Die dynamische Charakterisierung von SiC-MOSFETs ermöglicht es Ingenieuren, wichtige Parameter wie die Schaltgeschwindigkeit und die Schaltverluste zu ermitteln und so die Struktur und das Gehäuse der Bauelemente zu optimieren. Die ultraschnellen Schaltvorgänge von SiC-MOSFETs stellen jedoch höhere Anforderungen an die parasitären Eigenschaften des Messaufbaus. Streuinduktivität und -kapazität können die Messgenauigkeit beeinträchtigen, so dass die Optimierung des Systems und die Kontrolle der Störeinflüsse entscheidend sind.
Testfall
Zu prüfendes Gerät (DUT): CREE C3M0075120K SiC MOSFET
Prüfpunkte: Drain-Source-Spannung (Vds) und Gate-Source-Spannung (Vgs)
Herausforderungen bei der Prüfung: Passive Standardtastköpfe und herkömmliche differentielle Spannungstastköpfe führen übermäßige parasitäre Parameter ein. Aufgrund des sehr hohen dv/dt der SiC-MOSFET-Schaltung interagieren die Induktivität und die Kapazität des Tastkopfs mit der Prüfschaltung, was zu einem ausgeprägten Spannungsschwingen oder Überschwingen führt. Außerdem erzeugt die parasitäre Kapazität Verschiebungsströme, die die gemessenen Stromsignale mit unerwünschten Komponenten überlagern und so die Gesamtgenauigkeit verringern.
Testauswertung
Um die Leistung von SiC-MOSFETs zu analysieren, wurde ein dynamischer Schalttest aufgebaut. Der Aufbau verwendete C3M0075120K SiC-MOSFETs zusammen mit C4D10120A Freilaufdioden. Die Gate-Steuerung wurde mit dem Treiber UCC21520 realisiert.
Um die Messgenauigkeit zu erhalten:
Die Drain-Source-Spannung (Vds) und die Gate-Source-Spannung (Vgs) wurden mit isolierten Micsig MOIP200P-Glasfasersonden erfasst, die Folgendes bieten
o 200 MHz Bandbreite
o 180 dB Gleichtaktunterdrückung (CMRR)
o Extrem niedrige parasitäre Kapazität (1 pF)
Der Drain-Source-Strom (Ids) wurde mit einer Hioki 3276 Stromzange gemessen (100 MHz Bandbreite)
Die Spannungs- und Stromsonden wurden mit einer zeitlich abgestimmten Kalibrierungsschaltung synchronisiert
Reihenfolge der Wellenformen (von oben nach unten):
Gate-Source-Spannung (Vgs)
Drain-Source-Spannung (Vds)
Drain-Source-Strom (Ids)
Testbeobachtungen
SiC-MOSFETs wiesen Schaltübergänge unter 20ns auf
Das festgestellte Klingeln der Wellenform resultierte hauptsächlich aus der parasitären Induktivität der Leistungsschleife (eine normale Eigenschaft)
EMI bei Hochgeschwindigkeitsschaltungen wurde durch die optische Isolierung wirksam unterdrückt
Vorteile von faseroptisch isolierten Prüfköpfen
Hohe CMRR (180dB) ermöglicht genaue Messungen in starken EMI-Umgebungen
Ultra-niedrige parasitäre Kapazität (1pF) reduziert Verschiebungsstromfehler
Faseroptische Übertragung verhindert Störungen durch Erdschleifen
Bewahrte Kurvenformtreue unterstützt präzise Bewertung der Schaltverluste
Kunden-Feedback
Die MOIP200P-Tastköpfe liefern:
- Starke Hochfrequenz-EMI-Unterdrückung durch 180dB CMRR
- Saubere Vgs- und Vds-Wellenformen, die mit Simulationsmodellen übereinstimmen
- Zuverlässige Daten für Schaltverlustberechnungen
Technischer Fortschritt im Vergleich zu konventionellen Ansätzen
Grenzen der herkömmlichen Messung:
Parasitäre Effekte
Hohe parasitäre Kapazitäten (10-50pF) → Artefakte durch Verschiebungsströme
Übermäßige Induktivität → Spannungsschwankungen, die das wahre Schaltverhalten verschleiern
EMI-Empfindlichkeit
Niedriges CMRR (<60dB) → Wellenformverzerrung bei hohem dv/dt
Erdschleifenkopplung → erhöhtes Risiko von Geräteschäden
Vorteile der SigOFiT Optical-Fiber Isolated Probe:
Hochpräzise Messung
1pF parasitäre Kapazität verringert den Stromfehler um das 10-50-fache
180dB CMRR bietet eine etwa 1000-fache Verbesserung der EMI-Unterdrückung
Fortschritt auf Systemebene
Unterstützt die Korrelation vom Bauelementedesign bis zum Systemeinsatz
Erleichtert der Industrie die Migration von Silizium- zu Wide-Bandgap-Halbleiterplattformen
Schlussfolgerung
Akademische Referenz
L. Zhang, Z. Zhao, R. Jin, et al., "SiC MOSFET Turn-Off Measurement With Air-Core Inductor Design and RC Snubber Correction," IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 74, pp. 1-13, 2025, Art no. 1005013, doi: 10.1109/TIM.2025.3545173.
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