Ensayos de doble pulso de alta precisión con el sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO

Los ensayos de doble pulso (DPT, por sus siglas en inglés) son esenciales para evaluar el comportamiento de conmutación en transistores de efecto de campo metal-óxido semiconductor (MOSFET), transistores bipolares de puerta aislada (IGBT) y dispositivos semiconductores de potencia de banda prohibida ancha (WBG). La velocidad de cambio de los dispositivos de conmutación no deja de aumentar, especialmente en el transistor de potencia del lado alto, donde la referenciación a los nodos de conmutación crea un entorno de modo común rápido. Las sondas diferenciales de alta tensión convencionales tienen dificultades para obtener buenas medidas con su factor de rechazo en modo común (CMRR) limitado a frecuencias más altas.

Sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO; ancho de banda: de 100 MHz a 1 GHz, rango de entrada: ±3000 V, rango de modo común: ±60 kV, CMRR a 1 GHz: 90 dB, rango más alto de sensibilidad: ±20 mV

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Sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO; ancho de banda: de 100 MHz a 1 GHz, rango de entrada: ±3000 V, rango de modo común: ±60 kV, CMRR a 1 GHz: 90 dB, rango más alto de sensibilidad: ±20 mV

Su misión

Al evaluar las características de transistores de potencia para medir con precisión transitorios de conmutación rápida, analizar la resistencia de encendido dinámica y las pérdidas por conmutación, gestionando al mismo tiempo diferenciales de alta tensión y ruido de modo común (CM) en una configuración de medida DPT, los métodos de sondeo tradicionales tienen dificultades para lograr la combinación necesaria de seguridad, precisión y ancho de banda, especialmente cuando se trata de semiconductores de banda prohibida ancha. Las medidas de puerta-fuente en el lado alto, donde el nodo de conmutación se conmuta mediante transistores de lado bajo, dan lugar a una tensión de modo común de variación rápida. Las sondas diferenciales de alta tensión convencionales con cables de prueba largos tipo banana de 4 mm son muy susceptibles al ruido. Los ingenieros necesitan una solución capaz de superar estas limitaciones para obtener medidas precisas con factores de rechazo en modo común (CMRR) más altos a mayores frecuencias.

Detalle de carga de la puerta del transistor, muestra información oculta por el ruido CMRR en la sonda diferencial de alta tensión R&S®RT-ZHD07 (lado izquierdo, en azul), frente al R&S®RT-ZISO (lado derecho, en verde)

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Detalle de carga de la puerta del transistor, muestra información oculta por el ruido CMRR en la sonda diferencial de alta tensión R&S®RT-ZHD07 (lado izquierdo, en azul), frente al R&S®RT-ZISO (lado derecho, en verde)

Solución de Rohde & Schwarz

El sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO está diseñado y concebido para resolver estos desafíos de medida. El aislamiento óptico suprime el ruido de modo común limitando el camino de retorno hacia los instrumentos. El nuevo enfoque de sondeo coaxial permite que las puntas de sonda blindadas canalicen de vuelta hacia la fuente el ruido de modo común de variación rápida, reduciendo al mínimo la perturbación de la señal medida y logrando así un excelente CMRR en la sonda. Las sondas diferenciales de alta tensión convencionales tienen generalmente un CMRR de 20 dB a 25 dB con un ancho de banda de hasta 400 MHz. Las capturas de pantalla muestran en detalle cómo se determinan los efectos de carga de puerta del transistor con el R&S®RT-ZISO.

Configuración para ensayo de doble pulso con dispositivo en el lado alto. La medida en la puerta observa el cambio del nodo de conmutación como una señal común.

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Configuración para ensayo de doble pulso con dispositivo en el lado alto. La medida en la puerta observa el cambio del nodo de conmutación como una señal común.

Consideraciones sobre el CMRR en la configuración DPT

Al medir dispositivos de potencia rápidos en una configuración DPT, el sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO ayuda a suprimir el ruido de modo común y a obtener medidas fieles a la realidad. Un buen CMRR solo es posible si el camino de medida presenta una inductancia de inserción mínima. Si bien existen puntas de sonda de pin cuadrado y de pin cuadrado ancho, la conexión al dispositivo y el encaminamiento de la señal producirían un CMRR mucho menor a altas frecuencias en comparación con las puntas coaxiales. Así pues, es necesario diseñar conectores apropiados y observar el encaminamiento, y, por lo tanto, es muy recomendable contar con el asesoramiento de expertos en DPT.

PE-Systems GmbH está especializada en soluciones de DPT, y apoya a usuarios de todo el mundo con servicios de diseño e integración de sistemas de comprobadores modulares para DPT. Los elementos de fijación modulares reducen los efectos parásitos y garantizan un rendimiento de señal óptimo con el R&S®RT‑ZISO para diseños de conectores MMCX. La experiencia y los conocimientos técnicos son fundamentales para lograr resultados precisos y repetibles.

La sonda también es apropiada para detectar corrientes de shunt gracias a su bajo ruido y su alta sensibilidad de ±20 mV. PE-Systems adoptó un shunt de montaje superficial MMCX con una inductancia de inserción mínima, combinado con un amplio ancho de banda para obtener medidas de corriente precisas.

El comprobador de doble pulso de PE-Systems GmbH en una configuración de medida con sistema de rack integrado, excitadores de puerta, instrumentos de medida en una carcasa de fácil acceso; admite de fábrica personalización con corriente térmica y colocación de componentes pick-and-place

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El comprobador de doble pulso de PE-Systems GmbH en una configuración de medida con sistema de rack integrado, excitadores de puerta, instrumentos de medida en una carcasa de fácil acceso; admite de fábrica personalización con corriente térmica y colocación de componentes pick-and-place

Más allá del rendimiento eléctrico con la configuración de DPT

Un DPT exige versatilidad mecánica y configuraciones ambientales. Las pruebas de alta tensión y corriente se ejecutan en carcasas de seguridad, que albergan los instrumentos y las sondas en espacios limitados. Los requisitos de acondicionamiento térmico y excitadores de puerta complejos en configuraciones modulares requieren una colocación cuidadosa de los instrumentos y sondas.

El sistema R&S®RT-ZISO tiene puntas de sonda largas y moldeables, así como un brazo de sujeción para la sonda compatible con los trípodes y soportes de cámara habituales, lo que facilita la adaptación de la configuración. Las puntas moldeables mantienen su forma, ejerciendo la mínima fuerza sobre los conectores para prolongar su vida útil. Los instrumentos de medida deben colocarse a una distancia segura o apantallarse para reducir al mínimo las perturbaciones al trabajar con señales de modo común de alta frecuencia.

Los comprobadores DPT modulares de PE-Systems son compatibles con los osciloscopios MXO 5C y con el cable de fibra óptica de 10 metros de largo de R&S®RT‑ZISO. Además, los comprobadores DPT de PE-Systems pueden operarse de forma remota a través de software, lo que permite controlar los equipos y las sondas desde una distancia segura.

Resumen

Los DPT para componentes de potencia de última generación requieren un CMRR mejorado para rangos de alta frecuencia y tensión. El sistema de sondeo con aislamiento R&S®RT-ZISO se ha diseñado específicamente para satisfacer estas necesidades. Combinadas con las soluciones para medidas de DPT de PE Systems, las sondas ofrecen capacidades ampliadas para medidas precisas en entornos ruidosos y para la detección rápida de corrientes de shunt.

A medida que crece la demanda de precisión y sistemas robustos, la experiencia en el diseño orientado a las pruebas y en configuraciones de medida especializadas adquiere una importancia fundamental. La solución de Rohde & Schwarz y PE-Systems brinda una respuesta integral para sus requisitos de medida.