引言
電力電子是現(xiàn)代電子設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要應(yīng)用。設(shè)計(jì)師和消費(fèi)者都在為眾多日常應(yīng)用(例如平板電腦、手機(jī)、耳機(jī)以及汽車市場(chǎng)中的電動(dòng)汽車開發(fā))尋求更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間。
該技術(shù)主要涵蓋四個(gè)關(guān)鍵類別:AC/DC整流器、DC/DC轉(zhuǎn)換器、DC/AC逆變器和AC/AC轉(zhuǎn)換器。工業(yè)應(yīng)用多種多樣,對(duì)分布式發(fā)電(DG)、微電網(wǎng)(MG)和智能電網(wǎng)(SG)系統(tǒng)等可持續(xù)能源發(fā)電行業(yè)至關(guān)重要。
功率轉(zhuǎn)換技術(shù)
功率轉(zhuǎn)換器將輸入能量的屬性值(如幅度、頻率、相位)轉(zhuǎn)化為期望輸出的其他值。在現(xiàn)代工業(yè)中,對(duì)各種功率轉(zhuǎn)換器的性能要求在容量、電壓等級(jí)、效率和尺寸(與開關(guān)頻率相關(guān)的問題)方面越來越嚴(yán)格。
為了提高現(xiàn)有功率轉(zhuǎn)換器的性能,用寬禁帶 (WBG) 開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的硅開關(guān)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(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)是目前最常用的寬禁帶(WBG)半導(dǎo)體材料。寬禁帶半導(dǎo)體材料具有比硅材料更優(yōu)越的特性。
寬禁帶半導(dǎo)體的優(yōu)點(diǎn)使得GaN HEMT在低功率(<1 kW)到中功率(<10 kW)應(yīng)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(yīng)用。
目前,GaN HEMT的優(yōu)點(diǎn)尚未得到充分利用,因?yàn)镚aN和襯底之間的熱阻較大,會(huì)導(dǎo)致自熱問題,可能導(dǎo)致開關(guān)器件過熱。然而,GaN HEMT可以提供更高的效率和開關(guān)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(dǎo)體開關(guān)器件的主要挑戰(zhàn)是克服其高轉(zhuǎn)換率帶來的潛在問題,這可能會(huì)惡化電磁干擾(EMI)水平,并可能導(dǎo)致電壓振蕩和不穩(wěn)定。
可以確定的是,隨示波器一起交付的標(biāo)準(zhǔn)無源探頭不適用于一般功率分析。這種應(yīng)用需要一個(gè)更具體的解決方案,這個(gè)解決方案是根據(jù)您希望采用的探測(cè)技術(shù)以及要測(cè)試的功率器件類型來定義的。
下面是電力電子應(yīng)用中常用的功率器件類型,了解您的產(chǎn)品中應(yīng)用了哪些類型的功率器件,是選擇正確的探測(cè)解決方案的第一步。力科擁有業(yè)界最全面的探頭解決方案,您可以根據(jù)自己的應(yīng)用選擇合適的探頭進(jìn)行測(cè)試。
如何為特定測(cè)量需求選擇正確的探頭?
確定功率轉(zhuǎn)換探測(cè)需要的最佳探頭的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是:首先,確定您是在進(jìn)行功率器件研究還是系統(tǒng)開發(fā)。
其次,確定使用的功率器件的類型(硅或?qū)捊麕О雽?dǎo)體)。如果是硅,則確定電壓;如果是寬禁帶半導(dǎo)體,則確定使用的是SiC還是GaN。
Vds和Vgs的測(cè)量
探頭的選擇取決于:
■ 半橋的上管還是下管的測(cè)量
■ 電壓范圍
–汽車:48 V
–電源:>100 V
■ 開關(guān)頻率/上升時(shí)間
–SiC或GaN
半橋的上管
–不參考地的電壓
半橋的下管
–相對(duì)于地的電壓
負(fù)載
–高電壓
探頭應(yīng)用
當(dāng)進(jìn)行不同的功率分析應(yīng)用時(shí),探頭可提供不同的測(cè)量精度。以下是針對(duì)不同應(yīng)用推薦使用的力科探頭。
01
測(cè)量下管Vgs信號(hào)
02
測(cè)量下管Vds信號(hào)
03
測(cè)量上管Vgs信號(hào)
04
測(cè)量上管Vds信號(hào)
測(cè)量設(shè)置
圖中所示的設(shè)置包括WavePro 804HD示波器、T3AWG3352任意波形發(fā)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(píng)估板。該板由具有單個(gè) 5 V 電源的 T3PS3000 電源(未顯示)供電。
T3AWG3352提供一個(gè)PWM輸入,電路板可以工作到2 MHz。使用DL10-ISO探頭測(cè)量上管柵極,而使用DL10-HCM探頭測(cè)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(cè)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。
審核編輯:郭婷
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原文標(biāo)題:探頭選擇 | 電力電子應(yīng)用如何選擇合適探頭?
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