如何測(cè)量全球最快的功率開(kāi)關(guān)

　　穩(wěn)壓器和DC-DC電源內(nèi)的硅功率器件不久將會(huì)被GaN FET代替。與硅MOSFET相比，其開(kāi)關(guān)速度要快得多，且RDS(on)更低。這將能增強(qiáng)電源的電源效率，為大家?guī)?lái)益處。如果您正在設(shè)計(jì)帶有GaN器件的電源電路，您需要掌握該器件的開(kāi)關(guān)速度。為測(cè)量這一速度，示波器、探頭和互連的速度必須足夠快，以盡量減少其對(duì)測(cè)量產(chǎn)生的影響。

　　關(guān)于器件性能，我最常被問(wèn)到的問(wèn)題就是“它們究竟有多快?”通常我會(huì)回答是：它們非?？?，但實(shí)際上我并不知道具體有多快。為探明真相，我使用33GHz實(shí)時(shí)示波器和高速傳輸線探頭對(duì)其進(jìn)行了測(cè)量。我將探討影響器件速度的設(shè)計(jì)限制因素及其未來(lái)的發(fā)展前景。經(jīng)過(guò)這些測(cè)量，我相信我們將很快能設(shè)計(jì)出開(kāi)關(guān)速度達(dá)到250MHz的電源。

　　圖1顯示了用來(lái)進(jìn)行測(cè)量的兩個(gè)評(píng)估板。這兩個(gè)評(píng)估板都配備了一個(gè)柵極穩(wěn)壓器、一個(gè)驅(qū)動(dòng)器、一個(gè)脈沖調(diào)節(jié)器和兩個(gè)eGaN開(kāi)關(guān)。右側(cè)的電路板是一個(gè)完整的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其含有一個(gè)Gen4單片半橋(兩者在同一晶圓上開(kāi)關(guān))，并含有一個(gè)L-C輸出濾波器。左邊的評(píng)估板在半橋配置上采用了單獨(dú)的Gen3 eGaN器件，沒(méi)有L-C輸出濾波器。在這兩種情況下，外部脈沖發(fā)生器通過(guò)焊接到測(cè)試板脈寬調(diào)制(PWM)輸入的BNC連接器來(lái)提供PWM信號(hào)。在輸入電壓為5V和12V的情況下，我在各評(píng)估板上測(cè)量了開(kāi)關(guān)上升時(shí)間。

　　圖1：這里僅在左側(cè)的電路板上配備了半橋配置，右側(cè)的電路板配備了完整的DC-DC轉(zhuǎn)換器。香蕉插座可將測(cè)試板連接至電子負(fù)載。通過(guò)BNC連接器可連接至外部脈沖發(fā)生器。

　　儀器和探頭要求

　　為確保儀器和探頭不會(huì)對(duì)測(cè)量造成重大影響，我們可以假設(shè)，能夠用和方根法把探頭、示波器和半橋的上升時(shí)間加起來(lái)。盡管這種方法并不總是正確，但我們?cè)谧畛豕烙?jì)中可假設(shè)這一關(guān)系成立。

　　測(cè)得的半橋上升時(shí)間包括示波器的上升時(shí)間和探頭的上升時(shí)間，為：

　　因此，對(duì)于這兩個(gè)例子，如果我們希望測(cè)量結(jié)果低于5%或10%，則示波器和探頭的上升時(shí)間需分別低于FET上升時(shí)間的32%或46%.換句話說(shuō)，儀器的上升時(shí)間應(yīng)分別比FET上升時(shí)間快3.1或2.2倍。