如何為功率器件、變換器測試挑選合適的探頭?

探頭與示波器被稱為工程師的眼睛，是工程師進(jìn)行電信號測量時必不可少的工具。探頭在功率領(lǐng)域的應(yīng)用是其發(fā)揮作用的重要方面，包括功率器件測試和變換器測試兩個方面。

主要的使用者包括功率半導(dǎo)體公司的器件研發(fā)工程師、測試工程師、應(yīng)用工程師、現(xiàn)場應(yīng)用工程師，電源公司的器件認(rèn)證工程師、硬件研發(fā)工程師、測試工程師，高校、科研院院所的相關(guān)科研人員。

探頭的種類眾多，常見的包括無源探頭、高壓單端探頭、高壓差分探頭、電流探頭等。同時，每種探頭又有非常多的品牌規(guī)格型號，令工程師眼花繚亂。

此篇文章，我們將針對功率領(lǐng)域，按照變換器的設(shè)計流程：功率器件測量、單板調(diào)試、整機(jī)調(diào)試、三個環(huán)節(jié)，為廣大工程師提供一份探頭選型指導(dǎo)。

功率器件測量

功率器件測量主要發(fā)生在器件研發(fā)、器件選型階段，通常是在專用的測試板上進(jìn)行的，需要準(zhǔn)確地測量功率器件的端電壓、端電流和驅(qū)動電壓。測試項目包括開關(guān)/反向恢復(fù)特性測量、柵電荷測量、雪崩測試、短路測試。

· 驅(qū)動電壓

10倍無源探頭：帶寬高可達(dá)1GHz、衰減倍數(shù)小，使用無源探頭能夠獲得精準(zhǔn)的驅(qū)動電壓波形。由于其屬于無源探頭，故僅能用于測量下管器件的驅(qū)動電壓。

泰克10X無源探頭

在使用10倍無源探頭測量驅(qū)動電壓時，需要注意接地線的影響和阻抗匹配。

單板調(diào)試

單板調(diào)試是在功率變換器研發(fā)階段對控制電路、主功率電路進(jìn)行單獨(dú)功能性調(diào)試。對控制電路進(jìn)行測試包括供電、控制器、采樣調(diào)理電路、控制信號、傳感器等，可以使用10倍無源探頭。各類配件能夠幫助工程師輕松完成測試，如下圖所示。高壓差分探頭也可以用于控制電路測試，但其測量結(jié)果精度較低。

對于主功率電路調(diào)試，測試精度進(jìn)度要求并不高，僅進(jìn)行功能性驗證。器件端電壓和驅(qū)動電壓采用高壓差分探頭測量，上管和下管均可測量，器件端電流用羅氏線圈測量，橋臂中點(diǎn)電流用霍爾電流探頭或羅氏線圈測量。

整機(jī)調(diào)試

完成單板測試后就可以進(jìn)行整機(jī)調(diào)試了，包括控制電路功能測試、主功率電路功能測試、功率因數(shù)測試、效率測試、電壓調(diào)整率測試、負(fù)載調(diào)整率測試、短路保護(hù)測試、過流保護(hù)測試、環(huán)路響應(yīng)測試。在進(jìn)行這些測試的過程中，都涉及到對控制電路和主功率電路關(guān)鍵信號進(jìn)行測量，與單板調(diào)試不同的是，此時控制電路和主功率電路成為整理實現(xiàn)變換器整體運(yùn)行，不再是分離狀態(tài)。

在整機(jī)調(diào)試階段，測量電壓信號多采用高壓差分探頭，其差分輸入避免了無源探頭可能會導(dǎo)致的環(huán)流問題，不會輕易影響變換器的正常工作。在使用高壓差分探頭時，需要選擇根據(jù)被測信號幅度選擇量程更小的高壓差分探頭，以提高測量精度。同時，還需要將高壓差分探頭前端接線進(jìn)行雙絞，減小由于前端接線過長導(dǎo)致的震蕩問題。

在整機(jī)調(diào)試階段涉及多處電流測量，可以根據(jù)被測電流信號的位置和頻率選擇不同的工具。對功率器件端電流進(jìn)行測量時，往往需要試用羅氏線圈，因為只有羅氏線圈才能套入單管器件引腳或功率模塊端子完成測量。對變換器中關(guān)鍵位置電流進(jìn)行測試時，包括電感電流、變壓器電流、橋臂中點(diǎn)電流等，可以使用羅氏線圈或霍爾電流探頭，注意此時選擇的霍爾電流探頭的帶寬需滿足被測信號的要求。對變換器輸入輸出電流進(jìn)行測試時，可以使用羅氏線圈或霍爾電流探頭，由于此時被測電流頻率較低，選擇的霍爾電流探頭帶寬不用很高。

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