オシロスコープ GaN測定対応とは？
GaN（窒化ガリウム）は、近年注目されている高効率・高速スイッチングが可能な次世代パワーデバイスです。
その高速スイッチング特性を正しく測定・評価するには、一般的なオシロスコープやプローブでは対応が難しく、専用仕様が求められます。
■ GaN測定で必要とされる測定性能
項目 | 推奨仕様 | 理由 |
|---|---|---|
帯域幅 | 200MHz～500MHz以上 | GaNの立ち上がり時間は数ns以下。高速エッジを忠実に再現するには高帯域が必須 |
分解能 | 12ビット以上推奨 | 高速でも微細な電圧変化を正確に表示するため |
高耐圧差動プローブ | ±1000V以上、CMRRが高いもの | ハイサイドスイッチング波形や大電圧差測定に対応 |
光アイソレーション対応 | 高速かつ高耐圧＋高CMRR | ノイズ除去、信号忠実度の確保に有効 |
■ よくある測定項目（GaNパワーデバイス）
VDS電圧波形（ドレイン-ソース間）
ID電流波形（シャント抵抗または電流プローブ）
VGS（ゲート信号）
スイッチング損失解析（Eon / Eoff）
コモンモードノイズ（CMノイズ）測定
■ GaN測定に対応した構成例（T&M取扱）
オシロスコープ（12ビット／高帯域）
製品名 | メーカー | 特長 |
|---|---|---|
Micsig STO1104C | Micsig | 100MHz/4ch、12ビット、光プローブ接続対応 |
Micsig MDO5004 | Micsig | 500MHz、最大500Mptsメモリ。高分解能×長時間記録 |
SIGLENT SDS3000X HD | SIGLENT | 350MHz～1GHz、12ビットADC。開発・評価用ハイエンドモデル |
差動プローブ（光アイソレーション）
プローブ名 | 帯域幅 | 最大差動電圧 | 備考 |
|---|---|---|---|
Micsig MOIP200P | 200MHz | ±2500V | 光絶縁型、CMRR>100dB、±30kV耐圧バリア |
Micsig MOIP500P | 500MHz | ±1500V | GaN/SiC評価向けに最適。USB給電対応 |
■ 光アイソレーションプローブが重要な理由
通常の差動プローブでは、高速・高電圧・高ノイズ環境で測定誤差が出やすい
光アイソレーション構造により、電気的に絶縁された測定環境を実現
高速のGaNスイッチングにおいても、信号の歪み・誤差が少なく、高信頼な測定が可能
■ 実際の導入例・応用シーン
車載充電器／DC-DCコンバータ開発
EV/HEVパワーモジュール評価
GaNトランジスタスイッチングテスト
高電圧インバータ制御回路の実波形解析
まとめ
GaNデバイスの測定には、通常より高性能なオシロスコープと専用プローブが必要
帯域幅、分解能、アイソレーション性能のバランスがとれた構成が不可欠
T&Mコーポレーションでは、GaN/SiC評価に最適な機器と構成例をご提案可能です
下記資料では「次世代パワー半導体を理解するためのパワエレ基礎」について動画で詳しく解説されています。
次世代パワー半導体を理解するためのパワエレ基礎コース－パワエレ初級から中・上級へステップアップしよう！全12回視聴して、初級から中・上級へステップアップ確実！うけおいます！ 【本シリーズ全12回のリスト】
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• ⑧パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) a)...
第９回 パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) c)太陽光発電 e)蓄電システム
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第10回 パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) e)UPS f) インダクション・ヒーター
• ⑩パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) e)...
第11回 パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) g) 急速充電 h) ワイヤレス給電
• ⑪パワーデバイスの最新応用例(特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説) g)...
第12回(シリーズ最終回) SiCパワー半導体の電気自動車EVへの使用例（走行用インバータ、オンボード充電器を一気に解説）
• ⑫SiCパワー半導体の電気自動車EVへの使用例（走行用インバータ、オンボード充電器を...
【本パワエレ基礎コースの目次】
１．パワーエレクトロニクスの基本の基本編 a)パワー半導体デバイスの種類 次世代パワー半導体の理解を目的に分類し特長を解説 (整流ダイオード、バイポーラトランジスタ、MOSFET、IGBT、GTO) b)そもそも電力変換って、何のために、何をしてるの？ ４方式(DCDC、DCAC、ACDC、ACAC)の例を挙げて理解
２．損失の考え方と電力変換の高効率化 a)電力変換とは？その測定例 b)高効率が求められる背景 c)MOSFET損失の簡単な計算例 d)Web回路シミュレーターの活用
３．次世代パワーデバイスの種類と概説 a)Si-IGBTの新構造が続々登場 b)シリコンカーバイド c)窒化ガリウム d)酸化ガリウム e)ダイヤモンド
４．パワーデバイスの最新応用例 （特にSiCなど次世代パワーデバイスを中心に解説） a)PFC回路 b)サーバー、通信 c)太陽光発電 d) 蓄電システム e) ＵＰＳ f)インダクション・ヒーター g)急速充電 h) ワイヤレス給電 i) 電気自動車への利用（オンボード充電器、トラクションモーター）
５. その他(本シリーズ外で動画公開中＋順次新規公開) a)パワーデバイスの市場動向(２，３カ月毎) b)パワーMOSFETの高性能を引き出す設計例 c)新興アプリケーション紹介
--------このチャンネルの目的------------
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出典：SiCパワー半導体推進部