如何確保SiC驗證測試準(zhǔn)確度？

SiC正在應(yīng)用于功率更高、電壓更高的設(shè)計中，如電動汽車(EV)電機驅(qū)動器、電動汽車快速充電樁、車載及非車載充電器、風(fēng)能及太陽能逆變器及工控電源。

時域測量和開關(guān)損耗計算的準(zhǔn)確性受到探頭采集測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、帶寬和延遲的影響。雖然討論的重點是示波器探頭之間的差異，但具體的實現(xiàn)方法（如布局、寄生信號和耦合）也在測量準(zhǔn)確性中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。需要測量三個重要參數(shù)：網(wǎng)格電壓、漏電電壓和電流，以正確驗證使用SiC技術(shù)的功率模塊。

測量柵極電壓

測量SiC功率器件的柵極電壓是極具挑戰(zhàn)性的，因為它是一個低壓信號(~20VPP)。與示波器接地相比，參考節(jié)點可能具有高DC偏置和高DV/dt。此外，最大的dv/dt發(fā)生在開關(guān)事件中，這是測量柵極信號時最關(guān)心的時間。即使設(shè)備源極與接地拓撲相連，電路接地與示波器接地之間的寄生阻抗仍會因快速瞬態(tài)信號而導(dǎo)致讀數(shù)錯誤。這就要求測量設(shè)備從接地反耦，具有很大的共模抑制比。傳統(tǒng)上，這種柵極電壓測量采用標(biāo)準(zhǔn)差分探頭（圖1a），而最新的光隔離探頭，如ISOVU探測系統(tǒng)（圖1b），可以大大提高這種測量的準(zhǔn)確性。

圖1.(a)差分電壓探頭實例：泰克差分探頭THDP0200探頭及附件；

(b)泰克lsovuTIVP1光隔離探頭(TIVPMX10X，±50V傳感器尖端)。

圖2比較了標(biāo)準(zhǔn)差分探頭和光隔離探頭的高側(cè)格柵極電壓測量。無論是關(guān)閉還是打開，在設(shè)備格柵通過閾值區(qū)域后，格柵極上都可以看到高頻振鈴。由于格柵極與功率環(huán)之間的耦合，預(yù)計會出現(xiàn)一些振鈴。

然而，在差分探頭中，振鈴的范圍明顯高于光隔離探頭測得的值。這可能是由于探頭內(nèi)參考電壓變化引起的共模電流和標(biāo)準(zhǔn)差分探頭的假信號。雖然圖2中差分探頭測得的波形似乎通過了裝置的最大柵極電壓，但光隔離探頭的測量精度較高，顯示裝置在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

圖2. 差分探頭( 藍色軌跡) 與IsoVu 光隔離探頭( 黃色軌跡) 對比。

使用標(biāo)準(zhǔn)差分探頭測量柵極電壓的應(yīng)用工程師應(yīng)注意，因為它可能無法區(qū)分這里顯示的探頭和測量系統(tǒng)的假信號以及設(shè)備額定值的實際違規(guī)行為。這種測量假信號可能會導(dǎo)致設(shè)計師提高柵極電阻，減慢開關(guān)的瞬態(tài)信號，減少鈴聲。然而，這并不一定會增加SiC設(shè)備的損耗。因此，所使用的測量系統(tǒng)必須能夠準(zhǔn)確反映設(shè)備的實際動態(tài)，以正確設(shè)計系統(tǒng)，優(yōu)化性能。

測量漏極電壓

在功率電子系統(tǒng)中，差分探頭和參考地電平探頭是兩種常用的電壓測量方法。差分探頭是一種流行的選擇，因為它可以毫無問題地添加到電路的任何節(jié)點中。參考地電平探頭應(yīng)注意實現(xiàn)方法，因為其屏蔽引腳連接到示波器的接地。參考地電平測量不正確，一般導(dǎo)致探頭參考接地電流小，顯著降低測量精度。

這種效果在SiC設(shè)計中會更加明顯，因為高dv/dt會將寄生電流引入示波器探頭參考地電平，導(dǎo)致測量誤差。在更嚴(yán)重的情況下(當(dāng)參考地電平屏蔽層連接到功率信號時)，大電流會流過接地，損壞探頭或示波器。在最壞的情況下，從儀器到接地的連接失敗會導(dǎo)致示波器外部金屬殼浮動到總線電壓，嚴(yán)重威脅操作人員的人身安全。

圖3。當(dāng)兩個參考地電平的探頭連接到不同電壓的參考平面時，設(shè)備電流將旁路CVR流經(jīng)地線和示波器。這將導(dǎo)致測量錯誤，并可能導(dǎo)致設(shè)備損壞。

在使用參考地電平CVR時，接地問題變得更加關(guān)鍵。如圖3所示，在使用參考地電平探頭和CVR時，可通過示波器屏蔽路徑繞過CVR。這將導(dǎo)致整個設(shè)備的電流流過示波器，可能損壞電壓探頭或示波器，并帶來重大的人身安全風(fēng)險。一般來說，建議使用差分探頭測量設(shè)備的漏極到源極。如您使用中還有其他問題，歡迎登錄西安普科電子科技。

審核編輯：湯梓紅