【導讀】SiC MOSFET具有出色的開(kāi)關(guān)特性，但由于其開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓和電流變化非常大，因此如Tech Web基礎知識 SiC功率元器件“SiC MOSFET：橋式結構中柵極－源極間電壓的動(dòng)作-前言”中介紹的需要準確測量柵極和源極之間產(chǎn)生的浪涌。在這里，將為大家介紹在測量柵極和源極之間的電壓時(shí)需要注意的事項。我們將以SiC MOSFET為例進(jìn)行講解，其實(shí)所講解的內容也適用于一般的MOSFET和IGBT等各種功率元器件，盡情參考。
本文的關(guān)鍵要點(diǎn)
?如果將延長(cháng)電纜與DUT引腳焊接并連接電壓探頭進(jìn)行測量，在開(kāi)關(guān)速度較快時(shí)，觀(guān)察到的波形會(huì )發(fā)生明顯變化。
?受測量時(shí)所裝的延長(cháng)電纜的影響，觀(guān)察到的波形會(huì )與真正的原始波形完全不同。
?在觀(guān)測波形時(shí)，需要時(shí)刻注意觀(guān)察到的波形是否是真正的原始波形。
SiC MOSFET具有出色的開(kāi)關(guān)特性，但由于其開(kāi)關(guān)過(guò)程中電壓和電流變化非常大，因此如Tech Web基礎知識 SiC功率元器件“SiC MOSFET：橋式結構中柵極－源極間電壓的動(dòng)作-前言”中介紹的需要準確測量柵極和源極之間產(chǎn)生的浪涌。在這里，將為大家介紹在測量柵極和源極之間的電壓時(shí)需要注意的事項。我們將以SiC MOSFET為例進(jìn)行講解，其實(shí)所講解的內容也適用于一般的MOSFET和IGBT等各種功率元器件，盡情參考。
測量SiC MOSFET柵-源電壓：一般測量方法
電源單元等產(chǎn)品中使用的功率開(kāi)關(guān)器件大多都配有用來(lái)冷卻的散熱器，在測量器件引腳間的電壓時(shí)，通常是無(wú)法將電壓探頭等直接安裝到器件引腳上的。因此，有時(shí)會(huì )將延長(cháng)電纜焊接到器件的引腳上，并在產(chǎn)品外殼外部連接電壓探頭進(jìn)行測量。
圖1為在ROHM評估板（P02SCT3040KR-EVK-001）上安裝散熱器并將電壓探頭與延長(cháng)電纜連接進(jìn)行測量時(shí)的示例。其中，將連接電壓探頭用的延長(cháng)電纜（長(cháng)約12cm）焊接到被測器件（DUT）的引腳上，并將延長(cháng)電纜絞合以抑制輻射噪聲的影響。使用這種測量方法，實(shí)施圖2所示的橋式結構下的雙脈沖測試，并觀(guān)察波形。
圖1. 將電壓探頭與延長(cháng)電纜連接來(lái)測量柵-源電壓
圖2. 雙脈沖測試電路
在雙脈沖測試電路的高邊（HS）和低邊（LS）安裝ROHM的SiC MOSFET SCT3040KR，并使HS開(kāi)關(guān)、LS始終OFF（柵極電壓=0V）。圖1所示的延長(cháng)電纜已經(jīng)直接焊接在HS的柵極引腳和源極引腳上。
圖3為測量到的柵-源電壓波形。當外置柵極電阻RG_EXT為10Ω時(shí)，延長(cháng)電纜并沒(méi)有太大的影響，但當將RG_EXT設置為3.3Ω并提高開(kāi)關(guān)速度時(shí)，就會(huì )因電壓和電壓的變化而誘發(fā)噪聲和電路的高頻工作，導致測量到的波形發(fā)生了顯著(zhù)變化。在該示例中，受測量用的延長(cháng)電纜的影響，測量?jì)x器中顯示的頻段范圍發(fā)生了變化，由于附加了額外的阻抗而導致觀(guān)察到的波形與真正的原始波形完全不同。
導通波形
關(guān)斷波形
圖3. 安裝延長(cháng)電纜測量到的柵-源電壓波形。與真正的原始波形完全不同。
需要注意的是，必須始終留意觀(guān)察到的波形是否是真正的原始波形，或者觀(guān)察到的波形是否由于某些影響因素而與原始波形不同。為此，不僅要知道如何進(jìn)行準確的觀(guān)察，還要知道影響觀(guān)察的因素。
圖4是該測量所用的電壓差分探頭的等效電路（*1、*2）。通常，電壓探頭的頻率特性設置包括探頭的頭部。然而，如果在DUT的測量引腳上安裝延長(cháng)電纜的話(huà)，在觀(guān)察幾十ns的高速開(kāi)關(guān)波形時(shí)，會(huì )在雜散電感LEXT和電壓探頭主體的輸入電容C之間引發(fā)諧振現象，從而產(chǎn)生疊加在原始電壓波形上的高頻電壓振鈴，這可能會(huì )導致觀(guān)察到的浪涌比實(shí)際的浪涌更大。
圖4. 電壓差分探頭的等效電路
*1. 參考資料：“ABCs of Probes” Application Note（No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月；“WaveLink Medium Bandwidth（8-13GHz）Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月
*2. 參考資料：“WaveLink Medium Bandwidth(8-13GHz) Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月
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