【導讀】開關特性是功率半導體開關器件最重要的特性之一，由器件在開關過程中的驅動電壓、端電壓、duandianliubiaoshi。yibanzaijinxingqijianpinggushikeyicaiyongshuangmaichongceshi，erzaidianlushejishizhijieceliangzaiyunxingzhongdebianhuanqishangdeqijianboxing
，weilededaozhengquedejielun，huodejingzhundekaiguanguochengboxingzhiguanzhongyao。

SiC MOSFET 相較於 Si MOS 和 IGBT 能夠顯著提高變換器的效率和功率密度，同時還能夠降低係統成本
，受到廣大電源工程師的青睞
，越來越多的功率變換器采用基於 SiC MOSFET 的方案。SiC MOSFET 與 Si 開關器件的一個重要區別是它們的柵極耐壓能力不同，Si 開關器件柵極耐壓能力一般都能夠達到 ±30V

，而 SiC MOSFET 柵 極 正 壓 耐 壓 能 力 一 般 在 +20V 至+25V
，負壓耐壓能力一般僅有 -3V 至 -10V。同時，SiC MOSFET 開關速度快
，開關過程中柵極電壓更容易發生震蕩，如果震蕩超過其柵極耐壓能力，則有可能導致器件柵極可靠性退化或直接損壞。

很多電源工程師剛剛接觸 SiC MOSFET 不久
，往往會在驅動電壓測量上遇到問題，即測得的驅動電壓震蕩幅值較大、存在與理論不相符的尖峰
，導致搞不清楚是器件的問題還是電路設計的問題，進而耽誤開發進度。

接下來我們將向您介紹 6 種由於測試問題而導致的驅動電壓離譜的原因。

原因 1：高壓差分探頭衰減倍數過大

gaoyachafentantoudeweichafenshuruqieshuruzukanggao
，zaidianyuankaifaguochengzhongyibandouhuixuanzetalaiceliangqudongboxing。youshizaishiyonggaoyachafentantoushihuodedequdongboxingxiandefeichangcu
，zhewangwangshiyouyugaoyachafentantoudeshuaijianbeishuguodadaozhide。shuaijianbeishuda，gaoyachafentantoudeliangchengjiuda
，shidefenbianlvdafuxiajiang，tongshishiboqizaihaiyuanxinhaoshihaihuijiangzaoshengfangda。cishijiuxuyaoxuanzeshuaijianbeishujiaoxiaodegaoyachafentantouhuoxuanzegaoyachafentantoushuaijianbijiaoxiaodedangwei。womenshiyongtu 1 中的高壓差分探頭測量驅動電壓，衰減倍數分別選擇 50 倍和 500 倍
，在下圖中可以明顯到 500倍衰減倍數下驅動波形非常粗。

圖 1. 示意圖為泰克高壓差分探頭

圖 2. 50 倍與 500 倍衰減波形對比

原因 2：高壓差分探頭測量線未雙絞

高壓差分探頭一般用於測量高壓信號，為了使用安全及方便接線，其前端是兩根接近 20cm的測量線。在進行測量時
，可以將兩根測量線看作為一個天線，會接收外界的磁場信號。而SiC MOSFET dekaiguansudukuai，kaiguanguochengdianliubianhuasulvda
，qichanshengdecichangchuanguoyougaoyachafentantouceliangxianxingchengdetianxianshijiuhuiyingxiangceliangjieguo。weilejiangdizheyiyingxiang，keyijianggaoyachafentantoudelianggenceliangxianjinxingshuangjiao，jinliangjianxiaotamenweichengdemianji。congtu 4 中可以看到，在將測量線未雙絞進行雙絞後，驅動電壓波形的震蕩幅度明顯降低了。

圖 3. 差分探頭是否雙絞

圖 4. 是否雙絞的波形對比

原因 3：無源探頭未進行阻抗匹配

無源探頭衰減倍數小
、帶(dai)寬(kuan)高(gao)，往(wang)往(wang)可(ke)以(yi)在(zai)雙(shuang)脈(mai)衝(chong)測(ce)試(shi)時(shi)用(yong)來(lai)獲(huo)得(de)更(geng)為(wei)精(jing)準(zhun)的(de)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)。無(wu)源(yuan)探(tan)頭(tou)的(de)等(deng)效(xiao)電(dian)路(lu)如(ru)下(xia)所(suo)示(shi)，隻(zhi)有(you)當(dang)其(qi)與(yu)示(shi)波(bo)器(qi)達(da)到(dao)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)時(shi)才(cai)能(neng)獲(huo)得(de)正(zheng)確(que)的(de)波(bo)形(xing)。一(yi)般(ban)情(qing)況(kuang)下(xia)，我(wo)們(men)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)旋(xuan)轉(zhuan)無(wu)源(yuan)探(tan)頭(tou)尾(wei)部(bu)的(de)旋(xuan)鈕(niu)調(tiao)節(jie)電(dian)容(rong)來(lai)進(jin)行(xing)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)調(tiao)節(jie)，此(ci)外(wai)還(hai)有(you)部(bu)分(fen)探(tan)頭(tou)能(neng)夠(gou)在(zai)示(shi)波(bo)器(qi)上(shang)完(wan)成(cheng)自(zi)動(dong)補(bu)償(chang)。

當驅動電壓為 -4V/+15V 時，通過圖 8 可(ke)以(yi)看(kan)到(dao)，是(shi)否(fou)正(zheng)確(que)補(bu)償(chang)對(dui)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)有(you)非(fei)常(chang)大(da)的(de)影(ying)響(xiang)。當(dang)探(tan)頭(tou)未(wei)進(jin)行(xing)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)時(shi)，驅(qu)動(dong)波(bo)形(xing)振(zhen)蕩(dang)幅(fu)度(du)明(ming)顯(xian)變(bian)大(da)，測(ce)量(liang)量(liang)值(zhi)也(ye)更(geng)大(da)，這(zhe)將(jiang)會(hui)導(dao)致(zhi)對(dui)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)的(de)誤(wu)判(pan)。當(dang)探(tan)頭(tou)正(zheng)確(que)阻(zu)抗(kang)匹(pi)配(pei)時(shi)
，驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)振(zhen)幅(fu)更(geng)小(xiao)，測(ce)量(liang)值(zhi)與(yu)實(shi)際(ji)外(wai)加(jia)電(dian)壓(ya)一(yi)致(zhi)。

圖 6. 泰克無源探頭

圖 7. 無源探頭等效示意圖

圖 8. 阻抗匹配與未阻抗匹配波形對比

原因 4：無源探頭未使用最小環路測量

無源探頭標配的接地線有接近 10cm 長
，采用這樣的接地線時，會出現同高壓差分探頭一樣，即測量線圍出一個很大的麵積，成為一個天線
，測量結果會受到 SiC MOSFET 開關過程中高速變化的電流的影響。同時，過長的接地線可以看做一個電感，也會導致震蕩的產生。

為了降低這一影響，可以使用廠商標配的彈簧接地針，其長度短、圍出的麵積更小。從圖 10 中可以看到，使用標配接地線時，驅動波形震蕩嚴重，其峰值最大達到 xxV，超過了 SiC MOSFET柵極耐壓能力
；當使用彈簧接地針後，波形震蕩大大減輕了
，幅值均在 SiC MOSFET 柵極耐壓能力範圍內。

圖 9. 示波器自帶長接地線、短彈簧地線

圖 10. 長接地線與短彈簧地線波形對比

原因 5：探頭高頻共模抑製比不夠

對於橋式電路中的上管 SiC MOSFET，其 S 極為橋臂中點
，其電壓在電路工作時是跳變的。其跳變的幅度為電路的母線電壓，對於 1200V SiC MOSFET 而言，母線電壓為 800V
；其跳變的速度為 SiC MOSFET 的開關速度
，可達到 100V/ns。此時要測量上管的驅動電壓，就需要麵對這樣高幅值
、高速度跳變的共模電壓。

圖 11. 泰克光隔離探頭 ISOVu

從圖 12 中可以看到，當采用常見的高壓差分探頭時，驅動波形振蕩更大
，在第一個脈衝內 Ton時間測量值偏低，在 Toff 時(shi)間(jian)內(nei)存(cun)在(zai)偏(pian)置(zhi)，在(zai)第(di)二(er)個(ge)脈(mai)衝(chong)上(shang)升(sheng)沿(yan)存(cun)在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)震(zhen)蕩(dang)。這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)在(zai)高(gao)頻(pin)下(xia)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)不(bu)夠(gou)導(dao)致(zhi)的(de)
，此(ci)時(shi)我(wo)們(men)就(jiu)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)的(de)光(guang)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)來(lai)測(ce)量(liang)上(shang)管(guan)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)。

從圖 12 中zhong可ke以yi看kan到dao，當dang采cai用yong光guang隔ge離li探tan頭tou後hou
，波bo形xing震zhen蕩dang明ming顯xian減jian小xiao，第di二er脈mai衝chong上shang升sheng沿yan的de嚴yan重zhong震zhen蕩dang消xiao失shi，在zai關guan斷duan時shi間jian內nei電dian壓ya測ce量liang值zhi與yu實shi際ji外wai加jia電dian壓ya接jie近jin。

圖 12. 光隔離探頭與高壓差分探頭波形對比

原因 6：測量點離器件引腳根部過遠

當我們測量驅動電壓波形時，探頭並不能直接接 觸 到 SiC MOSFET 芯 片， 而 隻 是 能 接 到 器件的引腳上。可以將器件的引腳看作為電感，那麼我們實際測得的驅動電壓為真實的柵 - 源極電壓和測量點之間引腳電感上壓降之和。那麼，測量點之間引腳長度越長
，測量結果與 SiC MOSFET芯片上真實的柵-源極電壓差異越大。

圖 13. 4pin 的圖片和等效示意圖

為了降低這一影響，需要將探頭接到器件引腳的根部
，最大限度得縮短測量點之間引腳的長度。從圖 14 中可以看到，當測量點位於引腳根部時
，開通驅動波形振蕩幅值及振蕩頻率明顯減少，關斷驅動波形振蕩幅值也明顯減少。

圖 14. 探頭接引腳根部與遠離根部

圖 15. 引腳根部與遠離根部波形對比

了解泰克高差分探頭https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/probes/high-voltage-differential-probes
；了解泰克光隔離探頭https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/probes/isovu-isolated-probes；泰克MSO5B示波器https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/ 5-series-mso。

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