第三代半导体测试的突破 — Micsig光隔离探头

第三代半导体碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）是近几年新兴的功率半导体，相比于传统的硅（Si）基功率半导体，氮化镓和碳化硅具有更大的禁带宽度，更高的临界场强，使得基于这两种材料制作的功率半导体具有耐压高、导通电阻低、寄生参数小等优异特性，应用于开关电源领域时，具有损耗小、工作频率高、可靠性高等优点，可以大大提升开关电源的效率、功率密度和可靠性等。

图1：碳化硅（SiC）和氮化镓(GaN)的开关动作时间

碳化硅（SiC）和氮化镓(GaN)的开关时间都在纳秒（ns）级别，这样的显著优势是降低了开关电源的损耗，但是更短的开关时间意味着高次谐波分量的显著增加，在桥式电路应用中，高压叠加高频，上桥臂的浮地测试给工程师带来了极大的挑战。

图2所示，相较于传统硅基IGBT，碳化硅具有更高的频率分布和高频能量。

图3：上臂Vgs电压叠加共模干扰电压Vcm示意图

图3所示的半桥电路中，Vgs电压浮空在摆动的Vcm之上，Vcm即下管的Vds，随着下管QL的导通与关断，Vcm在0V和1000V之间跳动，一般来说Vgs在20V以内，远远小于Vcm ，在测量时，我们关心的是Vgs的信号特征，这是个差模信号，此时Vcm成了共模干扰，我们不希望它出现在我们的测试信号中，然而事与愿违，共模干扰在电源电路中如影子一般甩不掉，无论是电源设计阶段还是测试分析阶段，只能想办法尽量抑制它的份量：提升差模信号，抑制共模信号。抑制共模信号的能力有一个专门的指标，即共模抑制比（CMRR)。

常见的高压差分探头在100KHz时，CMRR＞60dB，在1MHz时，CMRR＞50dB，但是当频率到达100MHz时，一般只能做到20dB左右。图2的频谱看出，碳化硅在100MHz时仍有巨大的能量，这可以很好的理解为什么传统的高压差分探头无法胜任这项测试工作，用其测试所呈现出波形的准确性为什么经常受到质疑。

审核编辑 黄宇