車用電子應用功率測試挑戰與解決方案
- 李佳玲
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全球化趨勢讓汽車和汽車零件產業競爭壓力加劇，在不犧牲節能效率、安全性和可靠性的前提下，必須以更低的成本開發更多元的汽車功能。以下將描述必要的元件級測試的關鍵因素，並說明是德科技最新解決方案以協助業者克服這些挑戰。
圖1總結針對汽車應用執行元件級測試時的主要考量因素，為了達成這些目標，汽車電氣工程師必須測試各種元件參數，例如導通電阻(RON)、飽和電壓(VSAT)、崩潰(BVDSS)，以及輸入？輸出電容(Ciss、Coss)。此外，這些測試需在實際操作條件下(例如400 A或1,200 V)以及寬廣的溫度範圍內進行。如欲極致降低功率損耗，必須透徹了解各項參數，例如Crss、閘極電荷(Qg)和閘極電阻(RG)。
驗證汽車感應器(特別是電容MEMS感應器)的效能也極為重要，而直流測試(IV和CV)是執行此流程的第一步。除了技術考量之外，汽車工程師也必須採用新技術(例如SiC和GaN)以便降低成本。另一方面，為避免數據不實或不合格之功率元件以確保高品質，汽車廠亦有必要先執行嚴格的篩選。
是德科技各式元件測試解決方案
圖2為是德科技所提供的元件級測試解決方案。B1506A功率元件分析儀是完整的電路設計解決方案，可協助汽車電子電路設計工程師全面增進車用電子系統的效率、安全性和可靠性。它可在各種不同的操作條件下評估所有相關裝置和元件的參數，包括IV參數，例如崩潰電壓和導通電阻，以及三端FET電容、閘極 電阻、閘極電荷和功率損耗。
B1506A功率元件分析儀 適用於電路設計
B1506A支援寬廣的電流和電壓範圍，從sub-nA至1500 A，以及從微伏至3 kV，以便評估汽車電子電路中使用的絕大多數裝置和元件。它可提供易於使用和精確的自動化溫度相依量測功能，於-50°C至+250°C的寬廣溫度範圍內進行量測。目前有兩種解決方案可供選擇，其一為支援產業標準的inTEST Thermostream溫度系統，而另一種則是B1506A測試夾具內的熱敏板(同樣是inTEST所提供)，利用這些解決方案，過去要花一整天才能完成的熱溫測試，現在不到一小時就完成了。
提升電路效能和效率一直是個重要課題，特別是當切換頻率導致切換損耗增加，而開始左右元件的功率損耗時，您必須全面地評估元件電容、閘極電阻和閘極電荷的特性。然而，由於這些參數非常難以量測，很多汽車工程師完全不想嘗試。B1506A不僅可自動量測所有這些參數，同時還可使用所擷取的參數來進行功率損耗的計算，讓這個棘手的問題迎刃而解。
B1507A功率元件電容分析儀
如果您的舊型曲線追蹤或功率元件測試儀具有直流特性分析功能，但欠缺電容量測功能，Keysight B1507A可補充缺少的這項測試資源。它可在高達3 kV的高電壓偏壓下，提供自動電晶體輸入、輸出和反向傳輸電容量測能力，並且具備閘極電阻量測能力。
B1505A功率元件分析儀？曲線追蹤儀
Keysight B1505A可取代B1506A，具有更靈活的特性、更寬的電流與電壓範圍、更出色的低電流量測準確度、高電壓與中電流(如500 mA、1.2 kV)量測功能、GaN電流崩塌測試選項，並且可以同時對3個以上的針腳進行量測。此外，B1505A可量測晶圓上和封裝元件。
除了廣為功率元件製造商所採用外，B1505A是使用GaN功率元件的車用電子工程師之得力助手，可協助他們量測4端IGBT的感應發射極電流，並評估HVIC閘極驅動電路。
Keysight示波器與脈衝產生器
切換特性是元件級測試的重要環節，Keysight InfiniiVision 4000 X系列示波器以合理的成本提供充足的頻寬和解析度，如有需要可搭配使用電流探棒。而81110A脈衝產生器還提供快速且充足的電壓脈衝，以便分析汽車元件的特性。
感應器量測解決方案
使用Keysight B1500A和B2900A SMU輕鬆量測DC MEMS效能SMU可同時供應電源並量測電流和電壓，是量測汽車感應器之IV效能的便利工具。例如無論是B1500A和B2900A系列都配備SMU，可對MEMS元件(例如加速計)進行直流電流與電壓特性分析。手動將MEMS元件旋轉360度後，SMU可量測輸出電壓。
使用E4980A LCR錶評估MEMS元件
MEMS電容感應器(例如壓力感應器或加速計)可偵測電容值以便檢查是否有出現機械位移。測試這些元件的功能性時，經常使用靜電力(而非實際的激發)來提升測試效率。然而由於致動器的電容變化非常小，工程師必須使用具有毫微微法拉(sub-femto farad)解析度的測試設備來量測電容。Keysight E4980A具有attofarad重複性(σ<1 FF)，是量測電容的理想工具。 (本文由是德科技提供，李佳玲整理)
