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Keysight Technologies B1507Aパワーデバイス・キャパシタンス
Keysight Technologies B1507Aパワーデバイス・キャパシタンス・ アナライザ 広い動作電圧でパワーデバイス・キャパシタンスの すべてのパラメータ（Ciss、Coss、Crss、Rg）を自動評価 02 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure パワー・エレクトロニクス業界が直面する重大な問題 スイッチング電源の周波数が上昇した場合に、 デバイス・キャパシタンスが回路に与える影響の大きさ を理解していますか？ 一般的に、スイッチング周波数を上げると、パワー・エレクトロニク ス回路の物理的な寸法が小さくなるため、占有面積も小さくできます。 ただし、周波数が高いほど、デバイスのオン抵抗 （Ron） による損失の割 合が下がり、スイッチング損失とドライブ損失が回路全体のパワー損 失を決定する支配的な要因になります。パワーデバイスのキャパシタ ンス特性 （非線形）は、スイッチング損失とドライブ損失の両方を求め るために、重要なパラメータです。逆伝達キャパシタンス （Crss） とゲー ト抵抗 （Rg）によりスイッチング速度が決まり、入力キャパシタンス （Ciss）によゲート・ドライブ条件が決まります。他に、出力キャパシ タンス （Coss）も、共振コンバータのスイッチング損失を求める際の重 要なパラメータです。このため、パワー変換回路の設計で、これらの パラメータを正確に評価することがますます重要になってきています。 スイッチング・コンバータの損失 MOSFET IGBT GaN FET 動的 P（ドライブ損失）＝f×Qg×Vgs SJ MOSFET P（スイッチング損失）∝f×（V×I×⊿T）∝Rg、Crss、1/2×Coss×V 静的 P（伝導損失）＝Ron×Irms2 1 kHz 10 kHz 100 kHz 1 M Hz 欠陥のあるパワーデバイスを知らずに製品に使用してしまう心配はありませんか？ 偽造品や規格を満たさないパワーデバイスが増加しており、このよう なデバイスを知らずにパワー回路に使用してしまうリスクも大きく なっています。 規格を満たさないデバイスを発見するには、オン抵抗（Ron）などの電 流−電圧（IV）特性をチェックするだけでは不十分です。デバイスの中 には、Ron値を小さくするために意図的にチャネル幅を狭くして製造 されているものもあるからです。一方、キャパシタンスはチャネル幅 に反比例するため、このようなデバイスではCrss値が大きくなり、仕 様を満たしません。このため、このような欠陥のあるデバイスを回路 に使用すると、スイッチング損失が大きくなります。このように、欠 陥のあるパワーデバイスを回路に使用しないために、デバイスのキャ パシタンス測定が重要な意味を持ちます。 03 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure Keysight B1507Aにより、パワーデバイス・キャパシタンス評価の問題を解決 SiCやGaNなどの新材料を採用したパワーデバイスの使 用が増えるにつれて、スイッチング電源の動作周波数は 上昇していく傾向にあります。そのため、デバイスの キャパシタンス特性の正確な評価が、これまで以上に重 要になってきています。B1507Aパワーデバイス・キャ パシタンス・アナライザはこのニーズに応え、パワーデ バイスのキャパシタンス（入力、出力、逆伝達キャパシ タンスなど）を評価できる完全なソリューションを提供 します。B1507Aにより、パワーデバイスの開発で、詳 細なデバイス特性を明らかにでき、最高の製品価値／性 能を実現できます。また、パワー・エレクトロニクス回 路の設計でも、アプリケーションに最適なパワーデバイ スを選択できるようになり、最高の製品価値を実現でき ます。B1507AはわかりやすいGUIを備え、広範囲の動 作電圧ですべてのキャパシタンスを自動測定できます。 さらに、リーク・テスト（デバイスが損傷していないこ との確認）とキャパシタンス測定を、配線を変更しない で簡単に切り替えられます。 特長 – 高バイアス電圧でトランジスタの入力、出力、逆伝達キャ パシタンス（Ciss、Coss、Crss、Cies、Coes、Cres）を測定 – 独立した端子キャパシタンス（Cgs、Cgd、Cds、Cge、 Cgc、Cce）を測定 – SiC JFETやGaN FETなどのノーマリーオン型デバイスの キャパシタンスを測定 – 内部ゲート抵抗（Rg）を測定 – ゲート電圧が負から正へ変化する際のキャパシタンスを 連続測定 – リーク・テストとキャパシタンス測定を簡単に切り替え 可能 – 広い動作電圧バイアス範囲（最大±3 kV） – 使いやすい完全自動測定 利点 – 最適なパワーデバイスの選択による回路性能の 向上 – 最適な（十分かつ効率的な）回路動作マージンの 実現 – 寸法の小型化 – パワー損失の低減 – 欠陥デバイスのスクリーニングによる高い信頼 性の実現 – 製品コストの削減 – 接合容量の最小化によるパワーデバイスの価値 の最適化 – 開発サイクルの加速により最高の生産性を実現 – デバイスの迅速なトラブルシューティング 04 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure デバイスの接合容量を正確に自動測定 最大3 kVのDCバイアスによるキャパシタンス測定 パワーデバイスがオフのとき、ドレインまたはコレクタ端子は多くの 場合、高電圧にさらされます。このことから、パワーデバイスがオン になる瞬間の接合容量の値が決まります。このため、電圧の印加によ りデバイス・キャパシタンスがどのように変化するのかを理解するこ とが、パワー・エレクトロニクス回路のデザイナにとって非常に重要 です。特定の電圧におけるデバイス・キャパシタンスの真の値と、回 路内のデバイスにかかる予定の電圧の計算値が分かれば、損失が最小 のパワーデバイスを選択できます。 高い電圧バイアスでキャパシタンスを測定することは簡単ではありま せん。この測定を行うには、キャパシタンス測定の理論を十分に理解 する必要があり、さらに、デバイスとその他の必要なコンポーネント （DCブロッキング・コンデンサやACブロッキング抵抗など）を正しく 接続できる実用的な知識が必要です。また、危険な高電圧を使用する Ciss、Coss、Crss対ドレイン電圧 ため、ユーザが高電圧ノードに触れるのをテスト・セットアップで防 ぐ必要があります。 B1507Aは、上記の要件をすべて満たします。最大3 kVのDCバイアス で、デバイスの接合容量の電圧依存性を正確かつ安全に評価できます。 また、ケーブルとフィクスチャに起因する寄生成分を補正することに より、信頼できるキャパシタンス測定が行えます。 Ciss、Coss、Crss、Rgの完全自動測定 HVSMU MPSMU MFCMU デバイス・ キャパシタンス・ セレクタ ・スイッチ ・ACブロッキング抵抗 ・DCブロッキング・コンデンサ 3端子パワーデバイスのCiss、Coss、Crssの測定は、面倒な作業です。 それぞれのキャパシタンス測定は接続方法が異なり、測定によっては キャパシタンス・セレクタにより、Ciss、Coss、Crss測定を完全に自動化 追加の外部コンポーネントも必要になります。さらに、ACガード、 DCブロッキング・コンデンサ、ACブロッキング抵抗の接続を間違え た場合は、測定結果が不正確になります。 B1507Aでは、入力／出力／逆伝達キャパシタンスのドレイン／コレ クタ電圧依存性を求めるプロセスを自動化することにより、上記の問 題を解消しています。 ゲート抵抗もまた、デバイスの動作速度とスイッチング損失に影響を 与えるので、回路デザイナにとって重要なパラメータです。B1507Aは、 キャパシタンス測定中にデバイスのゲート抵抗（Rg）を自動的に抽出す るので、複雑なデータ解析を改めて行う必要がありません。 ゲート電圧に対するゲート抵抗（Rg）および入力キャパシタンス（Ciss）の測定 D G S 05 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure 現在と将来のキャパシタンス測定ニーズに応える豊富な機能 ノーマリーオン型デバイスのキャパシタンスを 簡単に測定 GaN FETやSiC JFETなどのノーマリーオン型デバイスは、スイッチン グ周波数が高速で動作温度が高いという特長があるため、パワー回路 で使用される機会が増えています。動作周波数が高いため、これらの ノーマリーオン型デバイスのキャパシタンス特性を理解／評価するこ とは、スイッチング損失を最小にするために非常に重要です。しかし、 ノーマリーオン型デバイスのキャパシタンス評価には、他のデバイス 評価とは異なる複雑な点があります。それは、キャパシタンス測定中に、 被試験デバイスを負の実効ゲート電圧でバイアスしてオフにしなけれ ばならないことです。この条件を、3端子パワーデバイスのキャパシタ ンス測定における標準的な問題（ACガード接続、DCブロッキング・コ ンデンサ、ACブロッキング抵抗など）のすべてと合わせて考慮する必 要があります。 B1507Aを使用すれば、内蔵キャパシタンス・セレクタと使いやすい ノーマリーオン型デバイスのCiss、Coss、Crss対ドレイン電圧 ソフトウェアにより、上記のような問題に煩わされることがなくなり、 ノーマリーオン型デバイスのキャパシタンス特性を短時間で効率的に 測定できます。 スイッチング波形シミュレーション向けの正確なモデル の取得 Vds：固定Cgs、Crss Vds：非線形Cgs、Crss SPICEなどの回路シミュレータは、パワー・エレクトロニクス回路の デザイナにとって不可欠なツールです。正確な回路シミュレーション Id：固定Cgs、Crss を利用すれば、開発サイクルが短縮され、プロトタイプの作成工数が Id：非線形Cgs、Crss 削減されて、コストを節約できます。しかし、これまでは、パワーデ バイスの正確な非線形キャパシタンス特性モデルを得ることはできま ションに不可欠なCrss、Ciss、Rgの正確な値が得られるので、このニー ズを満たすことができます。右のスイッチング特性は、B1507Aで取 Id[A] 在しなかったからです。B1507Aでは、正確なパワー回路シミュレー Vds[V] せんでした。必要な高電圧キャパシタンス測定を実行できる機器が存 得したCrss、Ciss、Rgのモデリング・データを使用して得られたシミュ レーションの結果です。 時間[μs] シミュレーション例：CV/Rgデータを使用した場合と使用しない場合のスイッチング波形 06 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure トレーニング／測定専門知識が不要なため、ただちに正確な結果を取得可能 わかりやすいユーザ・インタフェースと シンプルな配線により、製品トレーニングが不要 B1507Aには、パワーデバイスのキャパシタンス評価を簡単に実行で きる独自のソフトウェア・インタフェースが搭載されています。. また、 B1507Aには、MOSFETやIGBTなどの一般的なデバイス用のテスト・ セットアップのライブラリが付属しているので、測定器を入手したそ の日からデバイスのキャパシタンス測定をすぐに始められます。さら に、それらの設定は容易にカスタマイズでき、必要に応じて新しい設 定も作成できます。B1507Aには、3ピンのパワーデバイス用の使いや すいテスト・ソケットも付属しています。これを絶縁パッドと組み合 わせれば、大型のデバイス（パワー・モジュールなど）の測定にも使用 できます。このような特長により、B1507Aは、製品トレーニングの 必要がない使いやすいソリューションを実現しており、操作エラーの 可能性を大幅に減らすことができます。 B1507AのわかりやすいCV特性評価ソフトウェアでは、いくつかのシンプルなステップを実行するだけで、 デバイスのCV特性を評価できます リーク・テストとキャパシタンス・テストを 容易に切り替え、デバイスの開発サイクルを高速化 デバイスを高い信頼性で評価するために、接合容量の測定の前後に、 接合リーク電流またはブレークダウン電圧を測定して、DUTが損傷し ていないことを確認しなければならない場合があります。この手順は 特に、メーカが新しいパワーデバイスを開発する場合や、偽造品また は規格を満たさないデバイスを発見するためにユーザが部品をスク リーニングする場合に重要です。 B1507Aでは、このニーズを満たすために、配線をいっさい変更せずに、 キャパシタンス測定とリーク測定を短時間で簡単に切り替えることが できます。これにより、パワーデバイスのデザイナは開発サイクルを 短縮でき、パワー回路のデザイナはデバイス選択時間を短縮できます。 容易なDUT接続により、ミスを排除 最大3 kVの正確なブロッキング特性 07 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure 主な仕様とオーダー・ガイド キャパシタンス 測定 最大バイアス ゲート ±100 V コレクタ／ドレイン ±3000 V 周波数レンジ 1 kHz ∼ 1 MHz キャパシタンス・レンジ 10 fF ∼ 1μF コレクタ／ドレイン・ 最大出力 チャネル 電圧 ±3000 V 電流 ソース ゲート・チャネル 最小分解能 DC ±8 A 電圧 200 μV 電流 100 fA 電圧 200 μV 電流 100 fA 測定 最小分解能 最大出力 電圧 電流 DC ±100 mA ソース 最小分解能 電圧 25 μV 電流 500 fA 電圧 0.5 μV 電流 10 fA 測定 ±100 V 最小分解能 特性1 測定項目 キャパシタンス特性 デバイス・キャパシタンス Ciss、Coss、Coss_eff、Cgs、Cgd、Cds、Cies、Coes、Cres ゲート抵抗 Rg ゲート・リーク電流 Igss、Iges 出力リーク電流 Idss、Ices ブレークダウン電圧 BVds、BVces しきい値電圧 V（th）、Vge（th） 静特性 パラメータ 1. ターゲット・デバイス：MOSFET、IGBT、ダイオード／デバイス・タイプ：パッケージ、モジュール、ウェーハ オーダー情報 モデル番号 オプション 概要 パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ B1507A 電源ライン周波数 050 50 HzのAC電源ライン周波数 060 60 HzのAC電源ライン周波数 ドキュメント ABA 英語版ユーザーズ・ガイド ABJ 日本語版ユーザーズ・ガイド 校正 UK6 テスト・データ付き校正証明書 A6J ANSI Z540-1-1994校正 ドライブ・オプション DR1 内蔵のDVD-Rドライブを読み取り専用のDVDドライブに交換 B1507A用アップグレード・キット B1506AU アクセサリ F10 3ピン・インライン・パッケージ・ソケット・モジュール 08 | Keysight | パワーデバイス・キャパシタンス・アナライザ - Brochure myKeysight www.keysight.co.jp/find/mykeysight ご使用製品の管理に必要な情報を即座に手に入れることができます。 www.keysight.com/go/quality Keysight Technologies, Inc. DEKRA Certified ISO 9001:2008 Quality Management System 契約販売店 www.keysight.co.jp/find/channelpartners キーサイト契約販売店からもご購入頂けます。 お気軽にお問い合わせください。 www.keysight.co.jp/find/b1507a Keysight B1506A回路デザイン用 パワーデバイス・アナライザ（1500 A/3 kV） www.keysight.co.jp/find/b1506a Keysight B1505Aパワーデバイス・ アナライザ／カーブトレーサ（1500 A/10 kV） www.keysight.co.jp/find/b1505a Keysight B1500A半導体デバイス・ アナライザ www.keysight.co.jp/find/b1500a Keysight B2900プレシジョン測定器 ファミリ www.keysight.co.jp/find/b2900a © Keysight Technologies, 2014 Published in Japan, December 25, 2014 5991-4657JAJP 0000-00DEP www.keysight.co.jp