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      张飞软硬开源基于STM32 BLDC直流无刷电机驱动器开发视频套件,??戳此立抢??

      SiC和GaN系统设计工程师不再迷茫

      2018-10-30 11:21 ? 次阅读

      作者:泰克科技公司,Andrea Vinci / Tom Neville

      SiC和GaN Mosfet技术的出现,正推动着功率电子行业发生颠覆式变革。这些新材料把整个电源转换系统的效率提高了多个百分点,而这在?#25913;?#21069;是不可想象的。

      在现实世界中,没有理想的开关特性。但基于新材料、拥有超低开关损耗的多种宽禁带器件正在出现,既能实现低开关损耗,又能处理超高速率dv/dt转换,并支持超快速开关频率,使得这些新技术既成就了dc/dc转换器设计工程师的美梦,但同时也变成了他们的恶梦。

      比如一名设计工程师正在开发功率转换应?#33579;?#22914;逆变器马达驱动控制器,或者正在设计功率因数校正电路pfc),需要把电源效率提高到99%甚至接近极限。他们会面临什么样的挑战呢?

      使用低损耗晶体管只是他们必须翻越的整座大山的第一步。全面隔离的栅极驱动器电路必须能够正确驱动和控制功?#23454;?#32423;,这会产生多个必须解决的问题,从隔离到电路保护技术,来避免所谓“馈通”问题的引起的潜在灾难。

      在设计高频转换器时,大部分设计时间?#36855;?#20223;真和验证上,以确认已经考虑并解决所有可能的问题。

      一个天才的pcb设计师可以在布线上做到完美,但寄生信号仍然存在,?#20202;?#20239;在每个角落,这就够设计团?#29992;?#30340;了,?#27604;?#22312;这个过程中他们可以对新器件封装、新系统布线和新拓扑方面积累经验。毋庸置疑,如果切换到新的SiC和GaN器件是非常复杂。

      这种情况在功率系统设计项目中相当常见。将PFC/电源市场与光伏逆变器市场关联起来,把xEV汽车市场与消费无线充电应用关联起来,这是将SiC和GaN技术发挥最大化的共同期待愿望。

      ?#27604;唬?#36825;些不同应用系统之间的要求差异很大。设计人员对半导体器件的电场强度、导通电阻或阻?#31995;?#21387;要求,可能会迫使其转入非常具体、非常窄的泳?#39304;?#32780;不管是在250kHz?#29575;?#29992;SiC 的20kW电动汽车充电桩设计人?#20445;?#36824;是开发6.78MHz基于GaN的无线功率设计的谐振拓扑设计人?#20445;?#20182;们都面临着许多共同的问题。

      在这两种情况下,设计人员都需要以高精度清楚地表征静态损耗和开关损耗。他们都需要清楚地处理和管理散热问题,量化冷却介质。他们的桌子上可能?#21450;?#30528;一大本新一代变压器电感器和电容器产品目录,而他们以前从来没用过这类产品。当面临EMc验证时,他们会非常担心焊接式探头接入线可能会变成迷你天线。

      他们还开?#26082;?#35782;到,他们过去使用的仪器及附件可能不足以满足当前测试需求。

      他们必需测试几千伏的击穿电压,同时检测低至飞安级的泄漏电流。电源、万用表示波器,是否还能胜任完成任务呢?

      由于必须同时测量所有这些MOSFET Vgs和Vds及电流,在精确表征时延的前提下,他们还能使用四通道示波器和一些外部触发信号技巧来实现同步吗?他们应?#27809;?#22810;少时间对波?#35859;?#34892;后期处理并将它们全部放在一起以形成对电路特性的判断?他们是否有足够的灵敏度,在旧示波器上进行栅极阈值电压测量,以及在屏幕上追踪振荡,它们是真实的还?#25250;?#33258;探头引线?

      SiC和GaN也不例外,设计人员几乎全?#21152;?#21040;过多个痛点和测量挑战,包括:

      l高dv/dt、高di/dt和高开关频率会产生EMI相关的问题

      l在高?#26448;?#30005;流的情况下测量低电压

      l高压过冲

      lpcB布线设计中的串扰和其他问题

      l确定来自测量系统的错误百?#30452;?/p>

      Vgs测量问题

      在另一个领域设计如相臂或半桥拓扑结构中,设计人员竭力测量拓扑中的Vgs,如图1所示。

      SiC和GaN系统设计工程师不再迷茫

      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开启时,超高dv/dt包括互补MOSFET的门极到源极电压(Vgs),如图2所示。

      SiC和GaN系统设计工程师不再迷茫

      图2:Vgs测量的相关挑战示意图。

      ?#27604;唬?#24744;不希望降低dv/dt,因为高的转换速率才能让这些器件实现最低的开关损耗。

      因此,必须用不同的方式解决这个问题,通过在栅极驱动器侧工作?#28798;?#21160;控制切换过程中两级的栅极电阻。

      此外,资深的pcb设计人员必须确保总线和连接通路实现最小的电感效应,以免对电感环路引起的电压和过冲振铃带来太多影响。在实际电路中,必须同时测量高?#20849;?#21644;低?#20849;郪gs,来验证所有这些单元,以表征脉宽调制(PWM)延迟时间,最大限度地降低死区时间,提高性能。然后您必需测量电流及两个Vds,以全面表征开关损耗。

      四通道示波器不足以胜任这一工作,典型的8位adc没有提供足够的垂直?#30452;?#29575;。此外,现在已经证实,大多数实验室中常用的探头也是不够的,其中也包括性能较好的差分探头,而传统上一直认为这些探头足以在高?#20849;?#36827;行浮动测量。

      传统差分探头是基于与地连接的差分放大器。这种?#25317;?#26041;式限制了?#26448;?#30005;压范围,导致?#26448;?#30005;压频率额定?#21040;?#20302;,产生?#25317;?#29615;路,并限制了?#26448;R种啤?/p>

      ?#20197;?#30340;是,就像宽禁带器件产生颠覆式变革一样,电源效率测量解决方案也在发生颠覆式变革。

      新型测量解决方案

      这个领域中的典型测量系统基于示波器和差分探头,差分探头在被测器件(DUT)与示波器之间提供连接。示波器选型至关重要,包括?#23454;?#30340;带宽、本?#33258;?#22768;、垂直?#30452;?#29575;、通道数量和应用软件。探?#36153;?#22411;也至关重要,因为探头性能可能会成为测量系统的限制因素。

      在需要进行差分测量时,由于?#26448;R种?#27604;的限制、幅度特性下降、频响及探头输入引线导致的寄生信号等限制,上述传统差分探头通常不能很好地表征实?#24066;?#21495;。在测试SiC和GaN功率器件时,因为SiC和GaN功率器件的开关速度快,标称?#26448;?#30005;压高,这些限制影响会进一步放大。

      SiC和GaN系统设计工程师不再迷茫

      图3:IsoVu测量系统。

      由于捕获这些信号的问题源?#36234;拥?#38656;求,因此可行的解决方案应该是不?#35272;到拥?#30340;探头技术,由于不?#35272;到拥兀?#25152;以其或多或少不受高?#26448;?#30005;压的影响。泰克科技公司开发的IsoVu测量系统可以实现以?#31995;?#27979;试需求,其完全通过光纤进行操作。

      IsoVu测量系统是Vgs测量的一个飞跃,也是唯一同时拥有必须高带宽、高?#26448;?#30005;压和高?#26448;R种?#27604;的解决方案,能够实现宽禁带MOSFET的新应用中所需的差分测量。IsoVu与DUT完全实现电信号隔离,采用光电传感器,把输入信号转换成光调制,在电气上把DUT与示波器隔开。

      传感器头连?#25317;?#27979;试点上,全面实现电隔离,通过其中一条光纤供电。探头尖直到连?#25317;?#20840;程屏蔽,最大限度地降低寄生信号。探头不仅为功率转换测试提供了明显的优势,还特别适合严格的EMI和ESD测试要求。

      与电气探头要尽可能短不同,电缆长度对基于光纤的测量系统并不是问题。在DUT与示波器必须(或应?#33579;?#30456;距一定距离时,远程测量功能会非常有用。

      图4:泰克示波器。

      IsoVu系统适用于大多数泰克示波器,但最佳搭档是与新型5系列MSO示波器的12位垂直?#30452;?#29575;结合使?#33579;?系列示波器在一台仪器中提供了最多8条模拟通道,同时还提供了高级功率分析软件。凭借这种组?#24076;?#35774;计人员终于可以利用宽禁带材料为DC到DC功率转换器提供的所有优势,同时对三相功率电子、电源设计、汽车电子等也是明显的进步。

      关于作者

      Andrea Vinci是泰克-吉时利?#20998;?#19994;务拓展经理。他拥有意大利帕多瓦大学电子工程硕士学位。

      Tom Neville是泰克科技公司时域产品事业部产品规划师和产品市场经理。他拥有波特兰州立大学的电子工程硕士学位和美国西点军校学士学位。Andrea和Tom一直专注于功率应用测量解决方?#28014;ww.tektronix.com.cn

      关于泰克科技

      泰克公司总部位于美国俄勒?#28798;?#27605;佛顿市,致力提供创新、精确、操作简便的测试、测量和监测解决方案,解决各种问题,?#22836;?#27934;察力,推动创新能力。70多年来,泰克一直走在数字时代?#25226;亍?/p>

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      发表于 05-09 07:55 ? 35次 阅读
      请问wifi能用板载天线吗?

      碳化硅与氮化镓的发展

      5G将于2020年将迈入商?#33579;?#21152;上汽车走向智慧化、联网化与电动化的趋势,将带动第三代半导体材料碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)的发...
      发表于 05-09 06:21 ? 58次 阅读
      碳化硅与氮化镓的发展

      碳化硅与氮化镓的发展

      5G将于2020年将迈入商?#33579;?#21152;上汽车走向智慧化、联网化与电动化的趋势,将带动第三代半导体材料碳化硅(SiC)与氮化镓(GaN)的发...
      发表于 05-09 06:21 ? 58次 阅读
      碳化硅与氮化镓的发展

      AeroVironment宣布为其Puma AE小型无人机系统推出新款360多扇形天线

      型360 MSA具有24个高增益自动选择天线的集?#28903;罅校?#21487;分析下行链路数据质量,并在天线补片之间自动....
      的头像 无人机网 发表于 05-08 18:16 ? 588次 阅读
      AeroVironment宣布为其Puma AE小型无人机系统推出新款360多扇形天线

      谷歌艺术和文化实验室推出了一个名为“诗歌肖像”的应用

      Goodwin通过让Poemportraits读取了19世纪诗歌中超过2500万个单?#19990;?#23398;习?#35789;?#20687;....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-08 17:15 ? 301次 阅读
      谷歌艺术和文化实验室推出了一个名为“诗歌肖像”的应用

      防入?#24248;?#20080;?#25913;?想挑选穿墙效果好的路由器有窍门

      买无线路由器,首要辨识什么路由器穿墙效果好。面对市面上五花八门的路由器,很多小白在看到?#36861;?#30340;参数就凌....
      发表于 05-08 15:30 ? 137次 阅读
      防入?#24248;?#20080;?#25913;?想挑选穿墙效果好的路由器有窍门

      韩研发人员开发出一种可嵌入超?#30452;?#29575;显示器的光学隐形天线

      据外媒报道,来?#38498;?#22269;浦项科技大学(POSTECH)的?#33455;?#20154;员开发出了一种可嵌入超?#30452;?#29575;显示器的光学隐....
      发表于 05-08 15:25 ? 111次 阅读
      韩研发人员开发出一种可嵌入超?#30452;?#29575;显示器的光学隐形天线

      信维通信:公司 5G天线已大批量出货

      近日,有投?#25910;?#21521;信维通信提问,今年5G天线能否批量出货?公司回答表示,公司的5G天线已经批量出货。
      的头像 半导体投资联盟 发表于 05-08 15:23 ? 333次 阅读
      信维通信:公司 5G天线已大批量出货

      UnitedSiC在650V产品系列中新增7个SiC FET

      碳化硅(SiC)功率半导体制造商UnitedSiC/美商联合碳化硅股份有限公司 宣布,已经为UJ3C....
      发表于 05-08 09:04 ? 52次 阅读
      UnitedSiC在650V产品系列中新增7个SiC FET

      中国LED芯片产业的崛起与GaN和SiC等器件需求的飙升

      对led芯片产业有所了解的朋友应该知道,GaN和SiC这些化合物半导体曾经被推广到led芯片当作衬底....
      的头像 GaN世界 发表于 05-07 16:04 ? 850次 阅读
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      苹果将在天线材质上进行改进 来确保信号良好

      苹果iPhone XS系列的信号问题肯定是翻了车了,即使苹果在最新版系统的改进也毫无功用。这代iPh....
      发表于 05-07 16:03 ? 96次 阅读
      苹果将在天线材质上进行改进 来确保信号良好

      2019款iPhone的天线结构将发生“巨大变化”

      郭明錤解释说,2019年的iPhone将使用一种全新的改进过的pi天线结构。由于去年的iPhoneX....
      的头像 科技美学 发表于 05-07 15:52 ? 1064次 阅读
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      天线为收发射频讯号的被动元件 逐渐由传统FPC变成AiP

      5G毫米波通讯市场发展,在天线封装技术(Antennas in Package,AiP)演进下,开启....
      发表于 05-06 17:24 ? 364次 阅读
      天线为收发射频讯号的被动元件 逐渐由传统FPC变成AiP

      富士?#23548;?#21335;项目将建设8寸晶圆厂功率半导体器件

      据介绍,中铁14?#31181;?#35201;负责项目的基础工程、主体工程、装饰装修、场区市政以及安装工程等,目前项目进场道....
      的头像 半导体行业联盟 发表于 05-06 16:40 ? 874次 阅读
      富士?#23548;?#21335;项目将建设8寸晶圆厂功率半导体器件

      SiC功率元件凭借电动车发展扩大应用,成本问题为主要考量

      受惠于电动车市场需求提升,为因应高电压、高频率及低耗损的技术需求,SiC(碳化硅)功率元件被视为接替....
      的头像 宽禁带半导体技术创新联盟 发表于 05-06 15:54 ? 317次 阅读
      SiC功率元件凭借电动车发展扩大应用,成本问题为主要考量

      关于GAN模型我们还要可以深入了解、探讨哪些问题?

      大多数 GAN ?#33455;?#37117;广泛应用于图像合成。特别是在部分标准图像数据集上训练 GAN,如 MNIST,....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 05-05 11:29 ? 202次 阅读
      关于GAN模型我们还要可以深入了解、探讨哪些问题?

      基于SOPC和ZigBee的三维移动天线平台设计浅析

      高精度的三维移动天线平台在许多测试测量场?#31995;?#21040;广泛应用。然而,现有的高精度天线平台大多为单一平台,本....
      发表于 05-05 08:46 ? 89次 阅读
      基于SOPC和ZigBee的三维移动天线平台设计浅析

      RFECA3216060A1T蓝牙天线设计参考资料?#24471;?/a>

      SiC器件或将主导未来电动汽车动力传动系统设计

      摘要 宽带隙(宽带隙(WBG)半导体正在包括电动汽车(EV)在内的各种功率转换中得?#25509;τ茫?#20973;借其更高....
      的头像 GaN世界 发表于 05-02 10:55 ? 1474次 阅读
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      一种成本相?#36234;系?#21487;用于金属环境的超高频RFID无源标签天线设计

      射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)是一种利?#26790;?#32447;射频....
      发表于 05-02 09:19 ? 134次 阅读
      一种成本相?#36234;系?#21487;用于金属环境的超高频RFID无源标签天线设计

      如何使用天线分组进行高铁大规模多输入多输出自适应波束赋形方案

      针对高铁大 规模多输入多输出( MIMO)系统的吞吐量未被充分提升的问题,提出一种基于天线分组的自适....
      发表于 04-29 17:04 ? 70次 阅读
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      在5G mmWave毫米波的发展带动下 天线封装技术逐渐受到关注

      在5G mmWave毫米波的发展带动下,天线封装(Antennas in Package,AiP)技....
      发表于 04-29 15:48 ? 368次 阅读
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      英伟达新开源的工具它利用生成对抗网络,随便几个线条就能生?#35774;?#26665;如生的图像

      GauGAN 背后的技术来自来?#26434;?#20255;达和 MIT 的?#33455;?#22242;队。这个团队,包括来?#26434;?#20255;达的 Ting-....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-29 15:30 ? 576次 阅读
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      AI上色对比人工调色 结果令人难?#28798;?#20449;

      和老照片力求还原真实色?#23454;?#30446;的不同,视频调色中的黑白上色,会融入更多调色师的主观意志和创意想法,除了....
      的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-29 14:18 ? 530次 阅读
      AI上色对比人工调色 结果令人难?#28798;?#20449;
      上海快3开奖走势图
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