目錄

什么是光隔離探頭？

1.

新品探頭介紹

2.

高壓差分探頭 vs 光隔離探頭

3.

光隔離探頭的應(yīng)用場景

寬禁帶半導(dǎo)體市場前景

光隔離探頭的典型測試案例——上管測試（high-side MOSFET?measurments）

總結(jié)

什么是光隔離探頭？

光隔離探頭是一種使用光傳輸信號，將探頭的參考電壓與示波器的參考電壓（通常指接地）隔離，能夠抑制高共模電壓，使工程師能夠在高壓、噪聲環(huán)境中準(zhǔn)確、安全地測量浮地信號的探頭。

1.?新品探頭介紹

是德科技推出了一系列全新的光隔離探頭，專為提升寬禁帶半導(dǎo)體氮化鎵(GaN)和碳化硅(SiC)等快速開關(guān)器件的測試效率和準(zhǔn)確性。這些探頭適用于功率轉(zhuǎn)換、電機驅(qū)動和逆變器等領(lǐng)域，特別是在驗證半橋和全橋架構(gòu)時，能夠測量高共模電壓下的微小差分信號。

圖1：PS0008A 1GHz 帶寬光隔離探頭（新品）

圖2：PS0004A/6A/8A 探頭構(gòu)造

差分電壓 (Max Differential Voltage)

+/- 2500V (AC peak + DC)

帶寬 (Bandwidth)

350 MHz, 700 MHz, 1 GHz

共模抑制比 (CMRR)

DC

100 MHz

1 GHz

160 dB

>85 dB

80 dB

CM Voltage Range

+/- 60000 V

圖3：光隔離探頭核心指標(biāo)

2.?高壓差分探頭 vs 光隔離探頭

高壓差分探頭在電源測試應(yīng)用中非常普遍。不過相比于光隔離探頭，在寬禁帶半導(dǎo)體等開關(guān)速度變化快，共模電壓跳變快等驅(qū)動測試時，甘拜下風(fēng)！

主要體現(xiàn)在以下四點：

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帶寬限制：

高壓差分探頭通常設(shè)計用于處理高電壓信號，但它們的帶寬可能不如光隔離探頭。這意味著在需要高頻率信號測量的應(yīng)用中，高壓差分探頭可能無法提供足夠快的響應(yīng)時間。

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共模干擾抑制能力：

雖然高壓差分探頭設(shè)計用于測量差分信號，并在一定程度上抑制共模干擾，但會隨著被測信號的頻率升高而急劇下降。而光隔離探頭能夠在很寬的頻率范圍內(nèi)具有很高的共模抑制比（CMRR），提供更好的共模干擾抑制能力。

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測試精度：

傳統(tǒng)的差分探頭一般共模耐壓和差模耐壓相同，在測量上管驅(qū)動信號時，需要根據(jù)較大的共模電壓選擇探頭的電壓范圍，嚴(yán)重影響測試精度，光隔離探頭在所有的差分電壓范圍下，均可達到60000 V 共模電壓，可以選擇合適的差模電壓范圍的探頭前端進行準(zhǔn)確的測量。

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安全性：

高壓差分探頭在測量高電壓時，用戶仍然需要與高壓電路有直接的電氣連接，這可能會帶來安全風(fēng)險。相比之下，光隔離探頭由于電氣隔離的特性，可以為測試人員提供更高的安全保護，特別是在處理極高電壓時。

圖4：光隔離探頭相于高壓差分探頭的優(yōu)勢

3.?光隔離探頭的主要應(yīng)用場景

光隔離探頭主要應(yīng)用于電動汽車、再生能源以及功率半導(dǎo)體領(lǐng)域?？捎糜?MOSFETs、IGBTs以及寬禁帶半導(dǎo)體 SiC、GaN的測試。主要測試應(yīng)用：

a.?基于GaN和SiC的轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計分析

b.?電機驅(qū)動設(shè)計

c.?EMC測試

d.?電流分流器測量

三大主要應(yīng)用??(電動汽車/再生能源/功率半導(dǎo)體)

寬禁帶半導(dǎo)體市場前景

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SiC器件市場預(yù)計將在2029年達到超過100億美元，復(fù)合年增長率（CAGR）為25%。純電動車（BEV）仍將是SiC的主要市場驅(qū)動力，汽車與移動出行將占據(jù)整個SiC器件市場的80%以上。

圖6：2023-2029 SiC 市場前景預(yù)測

提到GaN，大家都會想到GaN 充電器。在未來五年內(nèi)，消費類應(yīng)用（快充）將繼續(xù)占據(jù)GaN功率器件市場的最大份額，并成為市場的主要驅(qū)動力。到2028年，這一領(lǐng)域?qū)⒄紦?jù)總市場的64%以上。

圖7：2022-2028 GaN 市場前景預(yù)測

注：圖6和圖7來源：Power SiC and GaN Compound Semiconductor Market Monitor Q1 2024

光隔離探頭的典型測試案例——上管測試 (high-side?MOSFET measurments)

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當(dāng)用戶進行開關(guān)電源上管Vgs驅(qū)動信號測試時，傳統(tǒng)的高壓差分探頭受制于較低的共模抑制比，較小的差分Vgs信號（一般2-15V以內(nèi)）很容易受到較大共模電壓（一般數(shù)百-數(shù)千V）影響，同時我們并不能用適合2-15V電壓范圍的差分探頭進行測試因為它們的共模耐壓也是同樣水平，一般需要用等同共模電壓的差分探頭進行測試，這也給測試帶來了很多額外噪聲，而光隔離探頭完美的解決了這些問題，下圖8是一個SiC MOSFET 在母線電壓為60V的時候傳統(tǒng)的高壓探頭和光隔離探頭的上管驅(qū)動信號測試結(jié)果對比，可以看到傳統(tǒng)差分探頭測試結(jié)果震蕩非常的多，請注意這個對比只使用了60V共模電壓。如果母線電壓越高，震蕩將會更激烈！

圖8：使用高壓探頭（綠色）和光隔離探頭（黃色）測Vgs 的對比

ATTENTION：如果你考慮將示波器浮地以節(jié)省成本，我們強烈建議你不要這樣做，因為這存在安全隱患。此外，由于示波器對地的電容問題，其共模抑制比（CMRR）通常較低。

圖9：上管測量典型連接圖

(光隔離探頭目前適配MXR/EXR系列中端示波器)

注：Vgs 是指開啟功率半導(dǎo)體器件所需的電壓，而Vds 是指器件上的電壓降，即在不損壞器件的情況下可以安全施加的最大電壓。

總結(jié)

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是德科技光隔離探頭具有高達1 GHz的帶寬、±2500 V的差分電壓范圍以及高達160 dB的共模抑制比能力，比高壓探頭高100 dB的共模抑制能力，使其成為高壓、上管測量的理想選擇！將顯著推動電動汽車(EV)、可再生能源、功率半導(dǎo)體等高壓領(lǐng)域在開關(guān)損耗測試方面的技術(shù)進步。是德科技致力于為客戶提供最佳的電源測試技術(shù)，以實現(xiàn)下一個突破！

關(guān)于是德科技

是德科技（NYSE：KEYS）啟迪并賦能創(chuàng)新者，助力他們將改變世界的技術(shù)帶入生活。作為一家標(biāo)準(zhǔn)普爾 500 指數(shù)公司，我們提供先進的設(shè)計、仿真和測試解決方案，旨在幫助工程師在整個產(chǎn)品生命周期中更快地完成開發(fā)和部署，同時控制好風(fēng)險。我們的客戶遍及全球通信、工業(yè)自動化、航空航天與國防、汽車、半導(dǎo)體和通用電子等市場。我們與客戶攜手，加速創(chuàng)新，創(chuàng)造一個安全互聯(lián)的世界。