碳化硅 (SiC) MOSFET 越來越多地用于從電動汽車和太陽能到備用電源系統等行業。這要歸功于它們能夠承受高溫、提供更快的開關、提供更高的效率（尤其是在更高電壓下）和高電流容量。

然而，在驗證使用 SiC MOSFET 的設計時存在一些挑戰。使它們具有吸引力的開關特性也對準確的驗證測量提出了挑戰。正確的探頭選擇和應用可以大大提高測量精度。

閱讀本文后，您可以在名為“碳化硅 (SiC) 電力電子系統中信號的有效測量”的新泰克應用筆記中找到更多詳細信息。

在電力電子系統中測量 SiC MOSFET 時的挑戰

測量 SiC MOSFET 時您將面臨的挑戰取決于您測量的位置和方式。特別是在高邊開關中，高邊的柵極電壓信號 (V GS ) 浮動在一個高的、快速開關偏移電壓上。這些“共模”變化會導致測量系統中出現振鈴，如上圖所示，并且無法確定振鈴是來自 DUT 還是來自測量系統。漏源電壓 (V DS ) 明顯高于 V GS并且通常相對于大地浮動。漏極電流測量還需要注意確保足夠的示波器和探頭帶寬以進行準確測量。

精確的碳化硅柵極電壓測量

柵源電壓 (V GS ) 測量，尤其是在高端開關上，可能特別具有挑戰性。柵極閾值電壓通常只有幾伏，因此與數百伏的V DS相比，它相對較小。

傳統上，這些測量是使用泰克 THDP0200 差分探頭等差分探頭進行的。然而，使用差分探頭可能會導致不必要的大設計余量，尤其是在進行高側 V GS測量時。相對于大地，高邊 MOSFET 源極端子上的電壓變化很快。準確地進行這種測量需要在高頻下具有非常高的共模抑制比 (CMRR)。差分探頭引入的振鈴可能會導致設備在規格范圍內看起來似乎不符合規格。調整您的設計以減慢開關速度并消除寄生振鈴將“抵消”使用這些高速 SiC MOSFET 進行設計的部分優勢。

具有高 CMRR 的探頭可限制共模電壓對輸出的影響。為了實現更準確的測量，建議您使用光隔離探頭，如IsoVu 光隔離探頭。這些探頭在 1 GHz 時拒絕 80 dB 的共模信號，在 100 MHz 時拒絕 120 dB。下面的圖 1 和圖 2 顯示了這種效果的一個示例。

圖 1. 使用低側無源探頭（黃色跡線）和高側差分探頭（藍色跡線）觀察到的柵極電壓信號。此設置顯示 V GS信號（包括高側驅動信號）上的顯著振鈴。

圖 2. 使用兩個 IsoVu 光學隔離探針（黃色和藍色軌跡）觀察到的柵極電壓信號。振鈴大大減少，可以在低側柵極信號（黃色）上看到細節。高共模抑制消除了高端柵極信號（藍色）上的寄生干擾。

精確的碳化硅漏極電壓測量

要測量 SiC MOSFET 中的漏極電壓，您可以使用以地為參考的無源探頭或差分探頭。以地為參考的探頭相對便宜并且包含在示波器中，但它們只能用于以地為參考的測量。將接地參考探頭連接到浮動（未接地）組件將導致接地引線中的電流流動。并且在使用多個接地參考探頭時，必須非常小心地將所有參考引線連接到相同的接地電位。SiC的有效測量應用說明中給出了使用兩個探頭時容易出錯的示例。

切勿移除示波器電源線上的接地引腳，因為這會使示波器的底盤浮動。這會帶來安全隱患，并可能對測量性能產生負面影響。

如果您的設計中有可用的接地點，泰克 TPP0850 無源高壓探頭是 SiC 器件漏極電壓測量的理想選擇。這些無源探頭可以處理高達 1000 Vrms 和 2.5 kV 峰值，并且僅提供 1.8 pF 的負載。

在其規格范圍內使用泰克 THDP0200 差分探頭等差分探頭是進行漏極電壓測量的一種更簡單、更安全的方法。由于它與地面分離，它為測量單元和操作員提供了更好的安全性。

如需更多信息并了解如何使用 Rogowski 線圈進行準確的電流測量，請下載完整的應用說明，碳化硅 (SiC) 電力電子系統中信號的有效測量，其中包含更多細節并顯示了 Wolfspeed CAB011Ml2FM3 high 的測量結果性能，半橋模塊。它還包括關于使用 Rogowski 線圈或 CVR 進行精確電流測量的部分，以及如何執行從探頭到被測 MOSFET 器件的低沖擊連接。