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M E S S T E C H N I K & E M V
BAUTEILE MIT HOHEN STRÖMEN TESTEN
Im Hinblick auf die Einsparung von Energie spielen Leistungshalbleiter in Anwendungen
eine entscheidende Rolle. Die hohen Ströme und Spannungen sowie der niedrige Durchlass-
Widerstand dieser Bauteile erfordern Testinstrumente, die nicht nur eine hohe Leistung liefern,
sondern auch mit hoher Präzision und Auflösung messen können. Moderne Hochleistungs-
Source-Measure-Units erfüllen diese Anforderungen.
TEXT: Dave Wyban FOTOS: Keithley Instruments
www.EuE24.net/PDF/EEK11091600
Die neueste Generation von Hochleistungs-Source-Measure-Units
(SMUs) kann gepulste Ströme von bis zu 50 A einspeisen
und Ströme und Spannungen im Pikoampere- und Mikrovolt-Bereich
messen. Wird noch mehr Leistung benötigt, dann
lassen sich zwei dieser Instrumente kombinieren und der
Strombereich auf 100 A verdoppeln.
Durch den großen Dynamikbereich von wenigen Pikoampere
bis zu 100 A ist diese Lösung optimal für Bauteile wie
HBLEDs (High Brightness LEDs), Leistungshalbleiter, DC/DC-
Wandler und Batterien sowie andere Materialien, Komponenten
oder Leistungsmodule.
Implementierung
Der Aufbau einer Stromquelle für sehr hohe Ströme erfordert
die Parallelschaltung von zwei SMUs, die beide als Stromquelle
konfiguriert sind. Dabei sind folgende Punkte zu beachten:
▶ Einsatz von zwei identischen Hochleistung-SMUs im
gleichen Strombereich.
Der Einsatz von identischen SMUs gewährleistet, dass, falls
erforderlich, eine SMU den gesamten Strom der anderen
SMU aufnimmt. Die zwei SMUs sollten dabei auf den gleichen
Strombereich eingestellt sein. Wie eine SMU auf
Stromänderungen reagiert, ist vom jeweiligen Strombereich
abhängig. Die Konfiguration beider SMUs als Quelle
im gleichen Strombereich gewährleistet, dass die SMUs
ähnlich auf Stromänderungen reagieren. Dies reduziert die
Gefahr für Überschwingen, unkontrolliertes Schwingen
und sonstige unerwünschte Interaktionen zwischen den
Geräten.
▶ Einstellung beider SMUs auf den gleichen Leistungsbereich.
Damit eine SMU den gesamten Strom der anderen aufnehmen
kann, sollten die SMUs im selben Leistungsbereich
arbeiten. Bei einer Parallelschaltung sollten beide auf den
gleichen Ausgangsstrombereich eingestellt werden. Der
Leistungsbereich lässt sich in drei Spannungsbereiche unterteilen:
0 bis 10 V, 10 bis 20 V und 20 bis 40 V (Abbildung
1). Wird beispielsweise eine SMU auf einen Spannungsgrenzwert
von 20 V gesetzt, dann sollte die andere
SMU auf einen Spannungsgrenzwert zwischen 10 und 20 V
konfiguriert werden, um beide Geräte im gleichen Betriebsbereich
zu halten.
▶ Vierdraht-Verbindungen verhindern Messfehler bei
hohen Strömen.
Bei sehr hohen Strömen kann in den Messleitungen ein
Spannungsabfall auftreten, der die Spannungsmessung
verfälscht. Diese Fehler lassen sich mittels Vierdraht-Verbindung
zweier SMUs vermeiden. Bei dieser Methode werden
separate Leitungen für den Messstrom und die Messung
der Spannung über dem Testobjekt (DUT) genutzt.
Da der Eingangswiderstand der Spannungsmessschaltung
äußerst hoch ist, lässt sich der durch sie fließende Strom
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