引言

電力電子是現代電子設計中的一個重要應用。設計師和消費者都在為眾多日常應用（例如平板電腦、手機、耳機以及汽車市場中的電動汽車開發）尋求更長的續航時間。

該技術主要涵蓋四個關鍵類別：AC/DC整流器、DC/DC轉換器、DC/AC逆變器和AC/AC轉換器。工業應用多種多樣，對分布式發電（DG）、微電網（MG）和智能電網（SG）系統等可持續能源發電行業至關重要。

功率轉換技術

功率轉換器將輸入能量的屬性值（如幅度、頻率、相位）轉化為期望輸出的其他值。在現代工業中，對各種功率轉換器的性能要求在容量、電壓等級、效率和尺寸（與開關頻率相關的問題）方面越來越嚴格。

為了提高現有功率轉換器的性能，用寬禁帶 (WBG) 開關器件代替傳統的硅開關器件，氮化鎵（GaN）高電子遷移率晶體管（HEMTs）和碳化硅（SIC）金屬氧化物半導體場效應晶體管（MOSFET）是目前最常用的寬禁帶（WBG）半導體材料。寬禁帶半導體材料具有比硅材料更優越的特性。

寬禁帶半導體的優點使得GaN HEMT在低功率（<1 kW）到中功率（<10 kW）應用中得到了更多的采用，SiC MOSFET更適用于中功率（<10kW）到高功率（>10 kW）的應用。

目前，GaN HEMT的優點尚未得到充分利用，因為GaN和襯底之間的熱阻較大，會導致自熱問題，可能導致開關器件過熱。然而，GaN HEMT可以提供更高的效率和開關速度，SiC MOSFET提供更高的電壓、電流和溫度特性。

使用寬禁帶半導體開關器件的主要挑戰是克服其高轉換率帶來的潛在問題，這可能會惡化電磁干擾（EMI）水平，并可能導致電壓振蕩和不穩定。

可以確定的是，隨示波器一起交付的標準無源探頭不適用于一般功率分析。這種應用需要一個更具體的解決方案，這個解決方案是根據您希望采用的探測技術以及要測試的功率器件類型來定義的。

下面是電力電子應用中常用的功率器件類型，了解您的產品中應用了哪些類型的功率器件，是選擇正確的探測解決方案的第一步。力科擁有業界最全面的探頭解決方案，您可以根據自己的應用選擇合適的探頭進行測試。

如何為特定測量需求選擇正確的探頭？

確定功率轉換探測需要的最佳探頭的一個簡單方法是：首先，確定您是在進行功率器件研究還是系統開發。

其次，確定使用的功率器件的類型（硅或寬禁帶半導體）。如果是硅，則確定電壓；如果是寬禁帶半導體，則確定使用的是SiC還是GaN。

Vds和Vgs的測量

探頭的選擇取決于：

半橋的上管還是下管的測量

電壓范圍

–汽車：48 V

–電源：>100 V

開關頻率/上升時間

–SiC或GaN

半橋的上管–不參考地的電壓

半橋的下管–相對于地的電壓

負載–高電壓

探頭應用

當進行不同的功率分析應用時，探頭可提供不同的測量精度。以下是針對不同應用推薦使用的力科探頭。

01-測量下管Vgs信號

02-測量下管Vds信號

03-測量上管Vgs信號

04-測量上管Vds信號

測量設置

圖中所示的設置包括WavePro 804HD示波器、T3AWG3352任意波形發生器、DL10-ISO光隔離探頭、DL10-HCM高共模探頭、CP30A電流探頭和Infineon GaN半橋評估板。該板由具有單個 5 V 電源的 T3PS3000 電源（未顯示）供電。

T3AWG3352提供一個PWM輸入，電路板可以工作到2 MHz。使用DL10-ISO探頭測量上管柵極，而使用DL10-HCM探頭測量下管柵極。總線電壓也由T3PS3000提供，但電壓限制到40 V，輸出電流波形由CP30A電流探頭測量。

下圖是用DL10-ISO捕獲的高上管柵極和用DL10-HCM捕獲的下管柵極。

力科高壓光隔離探頭

力科高壓光隔離探頭具有1GHz帶寬、2500V差分輸入范圍和60 kV共模電壓范圍，非常適合GaN和SIC器件表征工程師和系統開發工程師。如圖與力科12位高精度示波器（HDO）相結合，可以獲得1.5%的系統精度，幾乎是市場上替代解決方案的兩倍。同時可提供豐富的連接方式，是GaN和SiC測試的理想探頭。

力科高壓光隔離探頭主要特性：

帶寬：350 MHz, 700 MHz 和1GHz

輸入電壓：2 V 到2500 V

共模電壓：60 kV

160 dB CMRR

1.5% 的系統增益精度

上升時間：435ps

無需斷開也可自動歸零

靈活的連接方式

力科高壓光隔離探頭主要應用：

服務器、主板、照明和樓宇自動化、住宅逆變器、UPS、開關電源、家用和商用電器中的電機等

關于力科

力科（Teledyne Lecroy）是高端示波器、協議分析儀和其他測試儀器的領先制造商，可快速全面地驗證電子系統的性能和合規性，并進行復雜的調試分析。

1964 年成立以來，公司一直專注于將強大的工具整合到創新產品中，以提高“洞察時間”。更快的洞察時間使用戶能夠快速查找和修復復雜電子系統中的缺陷，從而顯著縮短產品的上市時間。

審核編輯：湯梓紅