光隔離探棒是什麼？優勢、應用與 Keysight 最新產品全面解析
Keysight 全新推出！可有效隔離共模干擾，提升高速、高壓浮地訊號的量測精度與安全性的光隔離探棒，是應用於電動車、功率模組與高速開關訊號量測的最佳選擇！
◆ 什麼是光隔離探棒？
◆ Keysight 新品推薦！PS00xxA 系列光隔離探棒
◆ Keysight PS00xxA 系列光隔離探棒核心指標
◆ 高壓差動探棒 與 光隔離探棒比較
◆ 光隔離探棒的主要應用場景
◆ 功率半導體/寬能隙半導體市場前景
◆ 光隔離探棒的典型測試案例—上管測試 (high-side MOSFET measurments)
◆ 實測影片：利用 Keysight 光隔離探棒實現寬能隙半導體的雙脈衝測試
◆ 完整解析影片：電源完整性測試基本法 詳細說明與實測影片
光隔離探棒是一種透過光訊號傳輸，將待測物（DUT）與示波器地線（Earth Ground）完全隔離的測試工具。這種設計能大幅降低共模雜訊，避免地環干擾，讓工程師在高壓、浮地、雜訊環境下，也能安全、精準量測微小訊號，是高壓系統量測不可或缺的利器。
是德科技 Keysight 全新推出由品勛科技代理販售的 PS00xxA 系列光隔離探棒，專為寬能隙半導體/功率半導體（如 GaN、SiC）等高速開關元件量測所設計，適用於電動車逆變器、馬達驅動與功率轉換等應用，特別適合用於半橋與全橋架構下的雙脈衝測試，具備高頻寬與超高共模抑制能力。
圖1：PS0008A 1GHz 頻寬光隔離探棒
圖2：PS0004A/6A/8A 探棒頭構造
| 差分電壓 (Max Differential Voltage) |
+/- 2500V (AC peak + DC) |
| 頻寬 (Bandwidth) |
350 MHz, 700 MHz, 1 GHz |
共模抑制比 (CMRR)
DC
100 MHz
1 GHz |
160 dB
>85 dB
80 dB
|
| CM Voltage Range |
+/- 60000 V |
傳統高壓差動探棒雖能測高壓，但在面對開關速度快、共模雜訊大的應用時，高壓差動探棒的表現明顯處於劣勢。光隔離探棒在以下四方面展現絕對優勢：
1. 頻寬更高：
高壓差動探棒通常設計用於處理高電壓信號，但它們的頻寬可能不如光隔離探棒。這意味著在需要高頻率訊號測量的應用中，光隔離探棒的高頻寬更能捕捉快速開關訊號
2. 更強的共模干擾抑制能力：
高壓差動探棒雖然設計用於量測差動訊號，並具一定共模抑制效果，但其效能會隨著頻率上升而迅速衰退；相較之下，光隔離探棒能在寬頻率範圍內維持極高的共模抑制比（CMRR），大幅提升對共模干擾的抑制效果。
3. 精度更高：
傳統差動探棒的共模與差模耐壓相同，當量測上管驅動訊號時，必須根據共模電壓設定較高的量測範圍，進而犧牲訊號解析度。光隔離探棒則在所有差模量測範圍內皆可承受高達 ±60000 V 的共模電壓，讓使用者可依實際訊號電平選擇最合適的前端量測範圍，顯著提升精度。
4. 測試更安全：
使用傳統高壓差動探棒進行高電壓量測時，使用者仍與高壓電路有電氣接觸風險。光隔離探棒因具備完整電氣隔離設計，可有效避免觸電危險，在處理極高電壓時提供更安全的防護。
圖3：光隔離探棒相於高壓差動探棒的優勢
光隔離探棒主要應用於電動汽車、再生能源以及功率半導體領域。可用於 MOSFETs、IGBTs 以及寬能隙半導體 SiC、GaN 的測試。
- 電動車功率模組測試
- 再生能源轉換系統分析
- 寬能隙半導體元件開關訊號測試（GaN / SiC）
- 馬達驅動設計與 EMC 測試
- 電流分流器測量應用
圖4：三大主要應用（電動汽車/再生能源/功率半導體）
SiC 元件市場預計將在 2029 年達到超過 100 億美元，複合年增長率（CAGR）為 25 %。純電動車（BEV）仍將是 SiC 的主要市場驅動力。
圖5：2023-2029 SiC 市場前景預測
提到 GaN，大家都會想到 GaN 充電器。在未來五年內，消費類應用（快充）將繼續佔據 GaN 功率元件市場的最大份額，並成為市場的主要驅動力。到 2028 年，這一領域將佔據總市場的 64 % 以上。
圖6：2022-2028 GaN 市場前景預測
注：圖 5 和圖 6 來源：Power SiC and GaN Compound Semiconductor Market Monitor Q1 2024
針對上管（High-side MOSFET）的驅動訊號（Vgs）量測，傳統差動探棒會因共模壓抑能力差而出現嚴重震盪與雜訊，導致訊號失真。光隔離探棒可直接選用適合 2-15V 差模訊號的量測範圍，卻同時耐受高達 60000V 的共模電壓，實現真正乾淨的開關訊號量測。
圖7：使用高壓探棒（綠色）和光隔離探棒（黃色）測Vgs 的對比
ATTENTION：不建議使用浮地方式節省成本，可能造成安全與量測風險。此外，由於示波器對地的電容問題，其共模抑制比（CMRR）通常較低。
圖8：上管測量典型連接圖
( MXR/EXR 系列中端示波器搭配光隔離探棒)
注：Vgs 是指開啟功率半導體元件所需的電壓，而 Vds 是指元件上的電壓降，即在不損壞元件的情況下可以安全施加的最大電壓。
Keysight PS00xxA 系列光隔離探棒具備 ±2500 V 差動電壓、最高 1 GHz 頻寬與高達 160 dB 的 CMRR，是高速、高壓浮地訊號量測的理想選擇。對於電動車、再生能源與功率半導體產業的工程師而言，這是通往下一代可靠電源測試的關鍵工具。
利用 Keysight 光隔離探棒實現寬能隙半導體的雙脈衝測試
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