全球最快功率开关测试测量

稳压器和DC-DC电源内的硅功率器件不久将会被GaN FET代替。与硅MOSFET相比，其开关速度要快得多，且RDS（on）更低。这将能增强电源的电源效率，为大家带来益处。如果您正在设计带有GaN器件的电源电路，您需要掌握该器件的开关速度。为测量这一速度，示波器、探头和互连的速度必须足够快，以尽量减少其对测量产生的影响。

关于器件性能，我最常被问到的问题就是“它们究竟有多快？”通常我会回答是：它们非常快，但实际上我并不知道具体有多快。为探明真相，我使用33GHz实时示波器和高速传输线探头对其进行了测量。我将探讨影响器件速度的设计限制因素及其未来的发展前景。经过这些测量，我相信我们将很快能设计出开关速度达到250MHz的电源。

图1显示了用来进行测量的两个评估板。这两个评估板都配备了一个栅极稳压器、一个驱动器、一个脉冲调节器和两个eGaN开关。右侧的电路板是一个完整的DC-DC转换器，其含有一个Gen4单片半桥（两者在同一晶圆上开关），并含有一个L-C输出滤波器。左边的评估板在半桥配置上采用了单独的Gen3 eGaN器件，没有L-C输出滤波器。在这两种情况下，外部脉冲发生器通过焊接到测试板脉宽调制（PWM）输入的BNC连接器来提供PWM信号。在输入电压为5V和12V的情况下，我在各评估板上测量了开关上升时间。

图1：这里仅在左侧的电路板上配备了半桥配置，右侧的电路板配备了完整的DC-DC转换器。香蕉插座可将测试板连接至电子负载。通过BNC连接器可连接至外部脉冲发生器。

仪器和探头要求

为确保仪器和探头不会对测量造成重大影响，我们可以假设，能够用和方根法把探头、示波器和半桥的上升时间加起来。尽管这种方法并不总是正确，但我们在最初估计中可假设这一关系成立。

测得的半桥上升时间包括示波器的上升时间和探头的上升时间，为：

半桥的实际上升时间可按照下式确定：

为了将测量误差限制到某个百分比K，仪器的上升时间可以与实际的上升时间关联起来：

对K求解，仪器上升时间与实际半桥上升时间的比值为：

因此，对于这两个例子，如果我们希望测量结果低于5%或10%，则示波器和探头的上升时间需分别低于FET上升时间的32%或46%。换句话说，仪器的上升时间应分别比FET上升时间快3.1或2.2倍。