如何測量全球最快的功率開關(guān)

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

　　關(guān)于器件性能，我最常被問到的問題就是“它們究竟有多快?”通常我會回答是：它們非?？?，但實際上我并不知道具體有多快。為探明真相，我使用33GHz實時示波器和高速傳輸線探頭對其進行了測量。我將探討影響器件速度的設(shè)計限制因素及其未來的發(fā)展前景。經(jīng)過這些測量，我相信我們將很快能設(shè)計出開關(guān)速度達到250MHz的電源。

　　圖1顯示了用來進行測量的兩個評估板。這兩個評估板都配備了一個柵極穩(wěn)壓器、一個驅(qū)動器、一個脈沖調(diào)節(jié)器和兩個eGaN開關(guān)。右側(cè)的電路板是一個完整的DC-DC轉(zhuǎn)換器，其含有一個Gen4單片半橋(兩者在同一晶圓上開關(guān))，并含有一個L-C輸出濾波器。左邊的評估板在半橋配置上采用了單獨的Gen3 eGaN器件，沒有L-C輸出濾波器。在這兩種情況下，外部脈沖發(fā)生器通過焊接到測試板脈寬調(diào)制(PWM)輸入的BNC連接器來提供PWM信號。在輸入電壓為5V和12V的情況下，我在各評估板上測量了開關(guān)上升時間。

　　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。香蕉插座可將測試板連接至電子負(fù)載。通過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對測量造成重大影響，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間加起來。盡管這種方法并不總是正確，但我們在最初估計中可假設(shè)這一關(guān)系成立。

　　測得的半橋上升時間包括示波器的上升時間和探頭的上升時間，為：

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