제품정보

인기검색어

  • 3545
  • 8450
  • 3554
  • 3288
  • lr8450

제품정보

제품정보 > 파형 관측용 전류 프로브

SiC/GaN 더블 펄스 테스트 (CT6704, CT6705, CT6711)

요약

 

시작하며

WBG 반도체 평가에서는 전류 파형의 관측 품질이 중요하다


SiC 및 GaN으로 대표되는 WBG 반도체는 빠른 응답 속도로 인해 전력 변환기의 고효율화 및 소형화에 기여합니다. 반면, 전류 변화가 급격해지기 때문에 피크 전류, di/dt, 링깅, 역회복 전류 등을 정확하게 파악하기 어려워집니다.
더블 펄스 테스트에서는 전압 파형과 전류 파형을 동시에 측정하여 턴온/턴오프 특성 및 스위칭 손실을 평가합니다. 따라서 전류 파형의 대역 부족, 지연, 노이즈, 오프셋 변동은 평가 결과에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

이 기사에서는 AC/DC 전류 프로브, 동축 션트, 로고스키 코일을 비교하고, WBG 반도체의 더블 펄스 테스트에서 전류 측정 방법을 선정할 때 고려해야 할 사항을 정리합니다.

 

GaN 스위칭 특성 평가 보드

 

 

더블 펄스 테스트로 측정하는 전류 파형

턴온, 턴오프, 역회복에서 무엇을 살펴봐야 할까

 

더블 펄스 테스트(DPT)에서는 파워 디바이스를 짧은 펄스로 구동하여 스위칭 시의 과도 파형을 관측합니다. 제1 펄스에서 부하 인덕터에 전류를 발생시키고, 제1 펄스가 종료될 때에서 턴오프 특성을, 제2 펄스 시작 시점에 턴온 특성을 평가합니다. 주로 확인하는 전류 파형은 인덕터 전류, 턴온/턴오프 시의 전류 변화, 피크 전류, di/dt, 링깅, 역회복 전류입니다. 이러한 전류 파형은 Vds/Vce 등의 전압 파형과 결합하여, 순간 전력이나 Eon, Eoff 등의 스위칭 손실을 산출하는 데에도 사용됩니다.

 

더블 펄스 테스트 회로도                                                                                                  더블 펄스 시험의 파형 특성

 

 

따라서 전류 파형의 상승이 둔해지거나, 피크 전류가 정확하게 포착되지 않거나, 링깅이 감쇠된 것처럼 보이거나, 전압 파형과 시간 차이가 발생하는 등의 측정 오차는 스위칭 특성 평가에 직접적인 영향을 미칩니다.

 

스위칭 특성 측정 결과
노란색: 전류 파형 Id, 청록색: 전압 파형 Vds, 하늘색: 전력 계산 파형(전류 파형 × 전압 파형)

 

 

전류 측정 방법의 비교

더블 펄스 테스트에 사용되는 대표적인 전류 측정 방법으로는 AC/DC 전류 프로브, 동축 션트, 로고스키 코일이 있습니다. 이 모두 유효한 방법이지만, 측정 원리와 연결 방법이 다르기 때문에 각각 적합한 용도와 주의사항도 다릅니다.

 

 AC/DC 전류 프로브

  

전류 프로브 CT6711

 • 장점: 클램프 방식으로 연결하기 쉽다. 회로 개조를 최소화할 수 있다. DC 성분을 포함한 

      전류 파형을 관측할 수 있다.

 

 • 주의사항: 대역폭, 최대 전류, 주파수 디레이팅, 프로브 지연을 확인해야 한다.

 

 • 용도: DPT 조건 설정, 파형 관측, 설계 평가, 디버깅, 비교 측정

 동축 션트/CVR

  

동축 션트 저항

 • 장점: 고대역으로 지연이 적은 측정에 유리. 고속 과도 전류의 상세한 관측에 적합하다.

 

 • 주의사항: 회로에 삽입해야 한다. 기생 인덕턴스, 발열, 절연, 접지 조건, 지그 설계의 

      영향을 받는다.

 

 • 용도: 정밀한 스위칭 손실 평가, 고대역 기준 측정

 로고스키 코일

  

로고스키 코일*1

  • 장점: 대전류 펄스를 측정하기 쉽다. 유연하게 장착할 수 있으며, 회로에 미치는 영향이 

       적다.

 

 • 주의사항: DC 성분을 측정할 수 없다. 적분 회로가 필요하다. 저주파 성분, 노이즈, 장착 

     위치의 영향을 받기 쉽다.

 

 • 용도: 대전류 펄스의 경향 확인, 배선 전류의 대략적인 관측.
*1:https://www.pemuk.com/

 

 

실측 비교

전류 상승 파형에서 드러나는 측정 방법의 차이

 

이번 평가에서는 펄스 발생기의 출력 신호를 기준으로, 동일한 조건에서 전류 상승 파형을 비교했습니다. 비교 대상은 동축 션트, AC/DC 전류 프로브, 로고스키 코일 등 3종류입니다.

 

측정 방법

대역 사양

동축 션트

2 GHz

AC/DC 전류 프로브

120 MHz

로고스키 코일

30 MHz

 

 

Reference signal: 1 ns rise-time pulse

 

동축 션트의 파형은 기준 신호에 대한 지연이 가장 적으며, 전류의 상승 시간을 빠르게 포착하고 있습니다. 반면, 관측 파형에는 큰 오버슈트가 나타나고 있어, 측정 회로에의 삽입 및 연결 조건, 기생 성분의 영향을 고려해야 함을 알 수 있습니다.


AC/DC 전류 프로브의 파형은 기준 신호에 비해 늦게 상승합니다. 또한, 동축 션트와 비교하면 상승 경사가 약간 완만합니다. 이는 전류 센서의 대역폭 상한에 의한 영향으로 생각됩니다. 한편, 오버슈트는 작고 파형 전체가 안정적이어서, 전류 상승 거동을 실용적으로 파악할 수 있는 결과가 되었습니다.

 

로고스키 코일의 파형에서는 전류 신호가 상승하기 전부터 링깅이 시작되었으며, 상승 중부터 상승 후까지 진동 성분이 관찰되었습니다. 또한, 상승 경사도 완만해졌습니다. 이는 로고스키 코일의 대역 상한, 적분 회로, 설치 조건의 영향을 받은 것일 수 있습니다.

 

이번 결과를 통해 각 측정 방법의 특성이 전류 파형에 명확하게 나타남을 확인할 수 있었습니다. 동축 션트는 고대역에서 지연이 적은 반면, 연결 조건에 따른 파형 변화에 주의가 필요합니다. 로고스키 코일은 대전류 측정에 효과적인 방법이지만, 고속 상승 파형의 상세한 관측에서는 대역폭이나 링잉의 영향을 받기 쉬운 것으로 나타났습니다.

 

AC/DC 전류 프로브는 동축 션트만큼 높은 대역폭을 갖지는 않지만, 회로 개조를 최소화하면서도 오버슈트나 링깅이 적은 안정적인 파형을 획득할 수 있었습니다. DPT에서의 조건 설정, 파형 비교, 설계 평가, 디버깅 용도로는 실용성이 높은 전류 측정 방법이라고 할 수 있습니다.



측정 방법을 선택할 때 확인해야 할 사항

대역뿐만 아니라 측정 시스템 전체를 판단한다

 

더블 펄스 테스트에서 전류 측정 방법은 단순히 대역 사양만으로 선택해서는 안 됩니다. 평가 목적, 측정 전류, DC 성분의 유무, 회로에 미치는 영향, 연결 용이성, 안전성 등을 종합적으로 고려하여 판단해야 합니다.

 

 선정 항목

 확인해야 할 사항

 평가 목적

 Eon/Eoff에 대한 상세 분석인가, 파형 확인·조건 설정·디버깅인가

 주파수 대역

 전류 상승, 피크 전류, 링깅을 충분히 포착할 수 있는가

 최대 측정 전류

 펄스 전류나 피크 전류가 측정 범위 내에 포함되는가

 DC 성분의 측정 가능 여부

 인덕터 전류의 상승이나 전류 레벨을 파악할 수 있는가

 회로에 미치는 영향

 측정기를 삽입함으로써 기생 인덕턴스나 파형 변화가 발생하지는 않는가

 지연·디스큐

 전압 파형과의 시간 편차 보정값이 제조사에서 제공되고 있는가

 연결성·재현성

 동일한 위치와 조건에서 반복 측정이 용이한가

 안전성

 고전압·대전류 조건에서 정격, 절연, 취급에 문제가 없는가

 

특히 Eon이나 Eoff와 같은 스위칭 손실을 구할 때는 전압 파형과 전류 파형의 시간 맞추기가 중요합니다. 전류 파형이 아주 조금만 지연되어도 순간 전력의 계산 결과에 영향을 미칩니다. 측정 전에 사용할 전압 프로브와 전류 측정 시스템의 지연 차이를 확인하고, 필요에 따라 디스큐를 수행해야 합니다.

 

AC/DC 전류 프로브를 사용할 때는 측정 전 영점 조정, 전류 방향 확인, 레인지 설정이 기본입니다. 또한, 고주파·대전류 성분이 포함된 파형의 경우, 주파수 디레이팅을 반드시 확인해야 합니다. 카탈로그에 명시된 최대 전류뿐만 아니라, 측정할 주파수 성분을 포함하여 사용 가능 범위 내에 있는지 판단해야 합니다.

 

DPT는 고전압·대전류를 다루는 시험이므로, 측정 중인 회로에는 위험한 에너지가 축적됩니다. 측정기의 연결 변경은 반드시 전원을 차단하고, 콘덴서의 잔류 전하를 확인한 후에 수행해야 합니다. 안전 커버, 인터록, 절연 지그, 보호구를 사용하여 측정자가 충전 부에 접촉하지 않는 구조로 시험을 수행하는 것이 중요합니다.

 

 

마무리

측정 목적에 따라 전류 측정 방법을 선택한다

 

전류 프로브 CT6711: 대역 120 MHz                                                    전류 프로브 CT6704: 대역 30 MHz

 

 

더블 펄스 테스트에서는 전류 파형의 관측 품질이 스위칭 특성 평가에 큰 영향을 미칩니다. 피크 전류, di/dt, 링깅, 역회복 전류, Eon/Eoff 등을 정확하게 평가하려면 측정 대상뿐만 아니라 전류 측정 방법의 특성도 이해하고 있어야 합니다.

 

동축 션트는 고대역에서 지연이 적은 측정에 효과적입니다. 한편, 회로 삽입, 연결부의 기생 성분, 발열, 절연 및 안전성을 고려해야 합니다. 로고스키 코일은 대전류 펄스 관측에 효과적인 경우가 있지만, DC 성분을 측정할 수 없으며, 고속 상승 파형에서는 링깅이나 파형 왜곡에 주의해야 합니다.

 

AC/DC 전류 프로브는 동축 션트만큼 고대역은 아니지만, 클램프 방식으로 연결할 수 있어 DC 성분을 포함한 전류 파형을 관측할 수 있습니다. 이번 실측 비교에서도 회로 개조를 최소화하면서도 더블 펄스 테스트에 필요한 전류 상승 파형을 안정적으로 획득할 수 있음을 확인했습니다.

 

중요한 것은 평가 목적에 따라 적절히 구분하여 사용하는 것입니다. 상세한 손실 해석, 파형 확인, 조건 설정, 설계 디버깅에서는 각각 요구되는 측정 조건이 다릅니다. 대역, 전류 정격, DC 측정 가능 여부, 회로에 미치는 영향, 디스큐, 안전성 등을 종합적으로 고려하여 측정 시스템 전체를 평가하는 것이 중요합니다.

 

HIOKI는 오실로스코프와 함께 사용할 수 있는 AC/DC 전류 프로브를 라인업하고 있습니다. WBG 반도체의 더블 펄스 테스트, 인버터 평가, DC/DC 컨버터 평가 등 고속 전류 파형 관측 시, 측정 조건에 맞는 전류 프로브 선정을 지원합니다.

 

 

WBG 반도체의 더블 펄스 테스트나 고속 전류 파형 관측에 적합한 전류 프로브 선정에 어려움을 겪고 계시다면, 언제든지 문의해 주십시오. 고객님의 측정 조건에 맞춰 최적의 측정 구성을 제안해 드리겠습니다.