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发布时间: 2020 - 05 - 27
2020注定是不平凡的一年!美股4次熔断,疫情让股神巴菲特也感叹「活久见」;但疫情期间网上流传的一个视频爆表了:被防护服包裹的医生戴着智能头盔,把实时影像直接传到后台的专家会诊团队;机器人不知疲倦地在给每个病房送药;无人机在空中提醒着聚集的人群; 更有小萌机器人帮主人上街买菜…这次疫情,让我们重新认识了,物联网和人工智能潜在的巨大市场价值!或许,股神鹰一样的眼神,也在这个市场中寻求最大的潜力股。我们可以任意猜想,他的下一目标是在哪里呢?优化物联网终端和智能设备的功耗和续航能力是产品成功的关键,特别是应用于超长年限和难以维护的物联网应用场景。如埋在水泥下的停车场感应装置、远洋海洋水文和气候监测系统。维护简单、但数量巨大的物联网场景、如智能电表、水表、气表等千家万户的场景。功耗和续航性能也不容忽视,因为维护成本同样让企业难以承受。无线性能和功耗测评是物联网终端产品设计验证的重要工作,也是最容易出现问题的环节。在2月份是德科技公众号给大家分享了《物联网产品的研发测试整体方案》文章,给工程师小伙伴们介绍了这套研发神器,全面评估产品的射频特性和功耗,估计大家还记忆犹新。今天,我们来更深入地谈功耗问题。过去两年,我们帮助了众多工程师服务评估了他们的产品功耗,包括终端、器件模块、芯片、运营商等等,要求也是千差万别,真可谓八仙过海各显神通。但万变不离其宗,我们概括总结为“功耗优化的三件套”思维。因此,工程师小伙伴们要设计出长续航时间的产品,考虑不仅有硬件设计,还要有软件和电池。我们来看下图,这是一个典型的物联网终端的电流工作状态,我们依次给伙伴们三个提示:第一个提示:从图上可以看出,物联网终端的电流以极低的占空比的脉冲电流形式出现,平均电流只有8uA,但峰值电流高达11mA,而出现峰值电流时,由于电池内阻的影响,电池的端电压会有明显的下降。以此类推,如果峰值电流更高,如智能门锁开...
发布时间: 2020 - 05 - 26
在使用有源探头进行测试时,最容易出现的错误就是超出探头的动态范围使用,我们也经常收到客户的电话,说同时使用有源探头和无源探头测同一个信号,有源探头的电压低于无源探头,究其原因,大部分情况下都是因为对动态范围和耐压范围的理解错误造成的。以是德科技N2795A有源探头为例,其耐压范围是正负20V,输入动态范围是正负8V,偏置范围是正负8V: 输入动态范围的定义是输入动态范围是指探头所能测试的在示波器屏幕中心线上下的电压范围,比如±2.5V动态输入范围的探头,只能测量示波器屏幕中心线上下2.5V范围内的电压,如果输入信号波动超出这个范围,反映在测量波形上来说就是波形被削波,测量的幅度偏小。根据定义,也就是说使用N2795A的探头时可以测量示波器屏幕中心线上下8V内的波形:而当我们直接测量0-16V的正弦波时,由于波形超出了屏幕中心线8V以上的范围,就会造成波形失真,使得测试结果偏低。此时就要用到探头/示波器的偏置能力: 偏置能力的定义是:偏置能力是指能够把0V电压基准线调整到和示波器屏幕中心线电压差的能力,根据信号的直流分量设置合适偏置,可以把具有直流分量的动态信号调整到示波器屏幕中心线附近,以满足探头动态输入范围的要求; 比如上面失真的测试波形,如果把波形设置为8V的偏置,使得波形继续显示在屏幕中心,就可以正确的测试0-16V的正弦波电压:因此,探头的最大输入电压并不一定是可测量电压范围,可测量电压范围应该是其动态范围加上偏置范围,当然,这个时候要合理使用偏置设定,使测试波形永远显示在其动态范围内。------转自是德科技
最新案例 / Case more
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最新方案 / Soluon more
发布时间: 2019 - 08 - 21
如果您需要捕获的信号是低占空比脉冲或猝发信号,并且信号之间有较长的空闲时间(例如封包串行数据),那么配有分段存储器的示波器可以有效地延长时间并提高以较高采样率捕获的串行数据包数量。所有示波器都具有数量有限的采集存储器。您应当知道,示波器的存储器深度决定波形时间和以特定采样率捕获到的串行数据包数量。您可以将示波器的时基设为很慢的时间 / 格设置,以便延长捕获时间间隔并增加串行数据包数量;但是当时基设置超出基于最高采样率下的最大时间间隔时,示波器便会自动降低采样率。在这种情况下,示波器无法提供精确的水平和垂直波形细节(基于示波器的指定带宽和最大采样率)。为什么需要分段存储?如果需要捕获较长时间和更多的串行数据包,同时仍在高采样率下进行数字化处理,只需购买配备更深存储的示波器即可。然而,配有千兆级采集存储器的示波器非常昂贵。如果需要采集的信号在重要波形分段(例如低占空比脉冲或串行数据包猝发)之间具有较长的信号空闲时间,那么具有分段存储器采集功能的示波器是更为经济的解决方案。【捕获时间 = 存储深度 / 采样率】通过将示波器的可用采集存储器划分为较小的存储器分段,分段存储采集模式可以有效地延长示波器的总采集时间。示波器可以在高采样率下,有选择性地针对被测波形的重要部分进行数字化处理。由此,示波器能够以极快的重新准备时间捕获很多的连续单次波形,同时不会错过重要的信号信息。
资讯 News

电源要做好,器件最重要!功率器件建模仿真动静态参数测试大全

日期: 2020-06-18
浏览次数: 15


从 1958 年通用电气公司发布第一款工业用普通晶闸管开始,电能的转换和控制就进入了电力电子器件构成的变流器时代,这也标志着电力电子技术的诞生。电力电子技术也应用非常广泛,包括各种电子产品、家用电器、航空航天、新能源领域的光伏逆变器、电动汽车电力系统、智能电网、轨道交通等。

电力电子是现代科学、工业和国防的重要支撑技术,而半导体功率器件则是电力电子技术的核心和基础,也是电力电子模块中成本占比最高,同时也是最容易发生故障的元器件。

怎么选择更适合产品设计的功率器件,如何分析功率器件的不良原因等都是电力电子行业从业者最为关系的问题。

是德科技作为测量行业领导者,提供最全面的功率器件解决方案,小编在这里给大家汇总一下,值得收藏:


1. 功率器件静态参数测试

2. 功率器件动态参数测试

3. 功率器件 On-Wafer 参数测试

4. 电力电子器件建模

5电力电子电路仿真平台

*有任何需求,请在文章底部填写问卷。

静态参数主要是指本身固有的,与其工作条件无关的相关参数,主要包括:门极开启电压、门极击穿电压,集电极发射极间耐压、集电极发射极间漏电流、寄生电容(输入电容、转移电容、输出电容),以及以上参数的相关特性曲线的测试。

碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等全新宽带隙材料能够支持大电压和高切换速度,在新兴大功率应用领域具有广阔前景。IGBT 可以作为众多应用的电子开关,并且其重要性持续增加。在高电压直流偏置条件下(高达 3kV),高击穿电压(达 10kV)、大电流(数千安培)、栅极电荷以及连接电容表征和器件温度特征和 GaN 器件电流崩溃效应测量功能都十分必要,是推动新器件尽快上市的重要保证。

面对功率器件高压、高流的测试要求,Keysight 可以提供 B1505A 和 B1506A 两套测试方案,可以支持晶圆和封装器件全参数测试:

  • 测量所有 IV 参数(Ron、BV、泄漏、Vth、Vsat 等);

  • 测量高电压 3kV 偏置下的输入、输出和反向转移电容;

  • 支持自动 CV 测试;

  • 测量栅极电荷(Qg);

  • 电流崩塌测试;

  • 高低温测试功能(-50°C 至 +250°C)。

典型测试案例

其中 B1506A 有着宽泛的电流和电压工作范围(1500A,3kV),易于使用并且支持全自动测试,可以完成功率器件 IV、CV 和 Qg 全参数测试,最终输出产品 Datasheet 报告。

使用 B1506A 的 Datasheet 测试功能对某 IGBT 功率模块进行实测,整个测试过程使用非常简单,在极短的时间内完成 IV、CV 和 Qg 参数测试。

具体测试步骤如下:

1、选择 IGBT 测试模板,按照测试要求设置测试条件;

2、设置测试曲线的显示范围;

3、选择需要测试的参数;

4、点击执行测试。


测试完成后,可以生成 Datasheet 测试报告如下所示,包括 IV 参数(击穿电压、漏电、开启特性),CV 参数(Rg、输入、输出和反向传输电容)和栅极电荷 Qg。

图:实际测试结果




随着开关频率的不断增加,器件的开关损耗超过静态损耗成为主要功耗来源,器件的动态参数也成为评估器件性能的重要参数。相对于器件的静态参数,动态参数主要表征的是器件在开启或关断瞬间的电学特性参数。

是德科技最新发布的功率器件动态参数测试仪 PD1500A,涵盖的测试包括:

  • 开启特性:td(on),tr,ton,e(on),dv/dt,di/dt

  • 关断特性:td(off),tf,toff,e(off),dv/dt,di/dt

  • 开关特性:Id vs t,Vds vs t,Vgs vs t,Ig vs t,e vs t,Id vs Vds

  • 反向恢复:trr,Qrr,Err,Irr,Id vs t

  • 栅极电荷:Vg vs Qg(Qgs(th)Qgs(pl)Qgd

  • 输出特性曲线:Id vs VgIvs Vd

  • 短路测试和雪崩能量,Dynamic Ron(可升级)


Keysight PD1500A 动态参数测试仪基于双脉冲测试原理,结合 Keysight 专业的测量技术,例如使用钳位线路解决示波器过驱动恢复问题,示波器 ADC 自动补偿和校准,通道时间延时自动校准,去嵌技术实现 GHz 带宽大电流的测试,专用测试夹具消除寄生参数的影响,来实现高精度可重复的专业级测量,支持 IGBT, MOSFET, SiC MOSFET,GaN(可升级)等功率器件动态参数的测量。


在封装之前,晶圆上测量可以采集重要的工艺信息,帮助节省大量的时间和资金,在晶圆上执行大功率器件测试的效率高于封装测量。然而,功率器件晶圆上测量必须解决电压与电流问题。

B1505A 支持低残余电阻电缆以及能够连接所有常用大功率分析晶圆探头的连接器和适配器。您可以使用 B1505A 执行此前无法实现的高达 200A 和 10kV 的大电流和高电压晶圆上测量,以及高达 3kV 的晶圆上 IGBT/FET 电容与栅极电荷测量。并且,B1505A 支持众多晶圆探头互锁机制,可以确保晶圆上器件测试的安全性。

大多数功率器件都以提升可承受电压和降低器件导通电阻为目标,意味着测试应用的电流和电压将随之增大。B1505A 的体系结构非常适合上述开发环境。例如,B1505A 配置 HCMSU 与 20 A 电流测量功能的解决方案可以方便地升级:添加 UHC 模块即可支持 500A 或 1500A 的测量。

如下图所示,在使用 B1505A 连接探针台构建一套高压(3KV,甚至高达 10KV)和高流(500A)测试系统。


图:高压高流 On-Wafer 测试系统

线路仿真能够有效地降低项目中的风险,缩减项目周期和成本,为了达到准确的仿真结果,首先要有准确的器件模型,尤其在功率器件的部分。根据前面提到的静态和动态参数测量,我们还需要测试器件 S 参数用来提取封装特性及不同偏置电压下的动态电容变化。有了所有这些参数,就可以转换成准确的功率器件模型。

现在大多数功率器件都是基于 Level 3 MOS 管的模型,加上许多非线性方程式结合而成。这需要对功率器件及建模有充分的认识才能实现。是德科技针对电力电子功率器件提供了专用的模型,可以基于 PD-1000A 测量到的静动态参数,S 参数直接进行建模,自动产生对应的模型。此软件就是 PEMG(Power Electronics Model Generator).PEMG内针对三种器件提供模型,分别是 GaN HEMT,IGBT 以及 PowerMOS,可以涵盖所有主流的功率器件。

在这三种模型中,GaN HEMT 使用的是 ASM-HEMT 模型,此模型在 2017 年通过 CMC 协会的认证,为标准化的器件模型。而 IGBT 和 POWERMOS 模型是参考 Angelov 模型中的方程,简历稳定、方便使用的模型。PEMG 提供整合的模型界面及参考建模流程,使用者可以在同一界面下,完成仪器测量(动静态参数,S 参数),自动读取参数,参数调整优化及模型验证等工作。


在现今电力电子设计的挑战上,如何在更小的体积内,提供更高的功率。例如 USB-PD 及 QC 等应用,需要为移动设备,提供快速充电的能力。在变压器的设计,大部份的体积由电感/线圈及散热片所佔据。要缩小线圈及散热片的体积,必须提高转换的频率及转换的效率。如此一来,使用 SiC 或 GaN 之类的晶体管是一个必然的趋势。然而,除了需要晶体管准确的模型之外,电路板的模型也是不可获缺的。

在传统的设计流程中,使用的是较为简单的电路仿真器,搭配简化的被动元件模型。这需要使用者大量的设计经验,才能获的准确的仿真结果。而更多情况是,因为仿真的结果不准确,使用者倾向于直接将电路板製作出来,直接上件后在实验室测量。这需要花费较多的时间,及多次的设计改板才能得到一最终的设计。另一方面,如果第一版的电路失效,需要花费更多的时间进行除错、修正,在时间及人力的投资是相当可观的。这也是为什麽我们需要仿真软件的原因。

是德科技提供 ADS 仿真平台,可以在这平台上直接进行前仿(pre-layout simulation)及后仿(post-layout simulation)。在前仿的部份可直接使用 PEMG 抽取的模型参数,搭配内建的行为级模型,例如 PWM 产生器、运算放大器(OPAMP)、非线性磁性元件,建立关键电路原理图。接著在同一平台上,可以直接进行版图的设计,并抽取版图的寄生电路,直接导回原理图仿真,完成后仿。在这整合的设计环境下,使用者可以实现精细化仿真,使用仿真精确的预估电路的特性,一次完成最终设计,就能达设设计指标。另外,ADS 仿真平台还提供一键生成 EMI 测试电路,使用者可以在 ADS 上完成 EMI 的仿真,优化 EMI 的设计,以符合 EMC 的指标。

 

 

好了,最全面的功率器件解决方案终于讲完了,篇幅限制无法详细开展,如果您需要更详细的资料,需要联系我们的技术专家,或者需要咨询相关产品,请填写问卷留下您的信息,我们的技术专家会在三个工作日内联系您。


------转自是德科技




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2020 - 06 - 18
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2020 - 06 - 18
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