优化宽禁带半导体开关以符合 EMI 要求

您的任务

使用碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等宽禁带材料可实现高开关频率、陡峭上升沿以及高电压。这些特性可提高开关电源的效率，但也增加了符合 EMI 要求的难度。因此，需要在开发阶段遵循降低 EMI 的设计原则，这与进行测试和优化以符合 EMI 要求一样重要。

罗德与施瓦茨解决方案

强大的示波器工具可帮助电气工程师完成日常任务。目前，示波器的灵敏度和性能可确保在新产品的设计阶段优化 EMI。Direct frequency and resolution bandwidth input and a fast update rate are useful features of 罗德与施瓦茨oscilloscopes. In combination with the R&S®HZ-15 compact probe set for E and H near-field measurements and the R&S®HZ-17 compact H near-field probe set (both with 3 GHzbandwidth), the source and transmission path of unwanted emissions on a PCB can be easily located.

应用

用于时频相关性分析的选通 FFT 功能

R&S®RTE1000 和 R&S®RTO6 示波器的选通 FFT 功能可有效用于高级分析，例如时域和频域信号的相关性分析。此功能可以针对捕获的时域信号仅在用户自定义的范围内进行频谱分析。

因此，过量频谱辐射可关联到连续信号的特定时间段。在 EMI 测试中，这不仅有助于识别时域信号中的无用电磁辐射源，还可以直接测试不同的操作场景。

针对 EMI 辐射优化门极驱动电压

在功率电子电路中，快速开关的 MOSFET 电桥是 EMI 辐射源之一。调整开关晶体管的门极驱动电压可以有效降低 EMI。这需要并行测量门极驱动电压、输出信号和发射辐射及其各自频谱。

下图中分析了 MOSFET 电桥的不同驱动信号及其对发射辐射的影响。图 (1) 中应用了矩形门极驱动信号，图 (2) 中使用了级联双电平矩形门极驱动信号（绿色）。使用近场探头并行监测 EMI 辐射，明确证明该方法非常有效：EMI 信号（红色）中高频分量的幅度有效降低。

优化门极驱动电压（绿色）显著降低了 MOSFET 电桥的 EMI（红色）。图 (1) 中应用了矩形门极驱动信号，图 (2) 中使用了修改后的双电平门极驱动信号。© 奥地利格拉茨科技大学电子研究所

进一步优化步骤

为确定最优门极驱动电压，必须分析其他参数。开关损耗是一个重要因素，可能会随着门极驱动信号变化而增加。为测量开关损耗，需要使用电流探头和高压差分探头，而这些探头的最大电压、电流以及带宽则非常关键。必须校正电流和电压信号，以避免开关损耗测量出现误差：

• R&S®RT-ZHD 高压差分探头非常适用于快速开关的半导体。They support up to 200 MHzbandwidth and maximum measurable voltages between 750 V和 6 kV, combined with a high common mode rejection ratio.
• R&S®RT-ZC current probes allow current measurements between 5 A(RMS) with a bandwidth of 2 MHz和 500 A(RMS) with a bandwidth between 120 MHz。
• R&S®RT-ZF20 电源去偏移和校准测试夹具可补偿电流和电压探头之间的不同延迟。这可以确保准确测量开关损耗。

总结

The fast and flexible FFT function of 罗德与施瓦茨oscilloscopes supports detailed EMI testing for power electronics early on in the development phase of state-of-the-art electronic devices. R&S®RTO6 示波器配备新型用户界面，用户仅需在大触摸屏上进行几次点触操作，即可设置和更改 FFT。与近场探头和高压差分探头或电流探头结合使用时，无需使用其他测试工具即可全面优化功率电子电路。这可以在设备设计阶段加快功率电子的开发速度，有助于设备通过 EMC 认证测试。