SiC正在被應(yīng)用到功率更高、電壓更高的設(shè)計中，比如電動汽車(EV) 的馬達驅(qū)動器、電動汽車快速充電樁、車載和非車載充電器、風(fēng)能和太陽能逆變器和工控電源。

SiC測試挑戰(zhàn)

功率系統(tǒng)設(shè)計人員在轉(zhuǎn)向SiC 時，會面臨一些問題的挑戰(zhàn)：

﹒測試設(shè)備能否準(zhǔn)確地測量SiC系統(tǒng)的快速開關(guān)動態(tài)？

﹒怎樣才能準(zhǔn)確地優(yōu)化門驅(qū)動性能和空轉(zhuǎn)時間？

﹒共模瞬態(tài)信號是否影響測量準(zhǔn)確度？

﹒我看到的振鈴是真的嗎？還是探頭響應(yīng)結(jié)果？

對工程師來說，解決這些挑戰(zhàn)非常難。還有一點，工程師需要準(zhǔn)確地查看所有這些信號，才能及時做出正確的設(shè)計決策。提高設(shè)計裕量和過度設(shè)計，只會推動成本上升，讓性能下降。使用適當(dāng)?shù)臏y量設(shè)備才是解決問題的關(guān)鍵。

重點介紹

時域測量和開關(guān)損耗計算的準(zhǔn)確度，受到用來采集測量數(shù)據(jù)的探頭的準(zhǔn)確度、帶寬和時延的影響。盡管這一討論的重點是示波器探頭之間的差異，但具體實現(xiàn)方式( 如布局、寄生信號和耦合) 也在測量準(zhǔn)確度中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。需要測量柵極電壓、漏極電壓、電流三個重要參數(shù)，才能正確驗證采用SiC 技術(shù)的功率模塊。

柵極電壓測量

測量SiC 功率器件的柵極電壓極具挑戰(zhàn)性，因為它是一種低壓信號(~20 Vpp)，參考的節(jié)點相對于示波器接地可能會有高DC 偏置和高dv/dt。此外，最大的dv/dt 發(fā)生在開關(guān)事件過程中，這是測量柵極信號時最關(guān)心的時間。即使是器件源極連接到接地的拓撲中，電路接地和示波器接地之間的寄生阻抗仍會由于快速瞬態(tài)信號而導(dǎo)致錯誤讀數(shù)。這要求測量設(shè)備從接地反耦，要有非常大的共模抑制比。這種柵極電壓測量在傳統(tǒng)上采用標(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），則可以大大提高這種測量的準(zhǔn)確度。

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lsoVu TIVP1光隔離探頭(TIVPMX10X, ±50V傳感器尖端)。

圖2 比較了標(biāo)準(zhǔn)差分探頭與光隔離探頭進行的高側(cè)柵極電壓測量。不管是關(guān)閉還是打開，在器件柵極經(jīng)過閾值區(qū)域后，柵極上都可以看到高頻振鈴。由于柵極和功率環(huán)路之間的耦合，預(yù)計會出現(xiàn)部分振鈴。

但是，在差分探頭中，振鈴的幅度明顯要高于光隔離探頭測得的值。這可能是由于參考電壓變化在探頭內(nèi)部引起了共模電流及標(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器件的最大柵極電壓，但光隔離探頭的測量準(zhǔn)確度要更高，明確顯示器件位于規(guī)范范圍內(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)差分探頭進行柵極電壓測量的應(yīng)用工程師要注意，因為其可能區(qū)分不了這里顯示的探頭和測量系統(tǒng)假信號與器件額定值實際違規(guī)。這種測量假信號可能會導(dǎo)致設(shè)計人員提高柵極電阻，降慢開關(guān)瞬態(tài)信號，減少振鈴。但是，這不一定會提高SiC 器件的損耗。為此，使用的測量系統(tǒng)一定要能準(zhǔn)確地反映器件的實際動態(tài)，以正確設(shè)計系統(tǒng)，優(yōu)化性能。

漏極電壓測量

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意節(jié)點中。而參考地電平探頭要注意實現(xiàn)方式，因為其屏蔽引腳連接到示波器的接地上。參考地電平測量實現(xiàn)不正確，一般會導(dǎo)致探頭參考上出現(xiàn)小的接地電流，明顯降低測量的準(zhǔn)確度。

這種效應(yīng)在SiC 設(shè)計中會更明顯，因為高dv/dt會給示波器探頭參考地電平引入寄生電流，導(dǎo)致測量誤差。在更嚴重的情況下( 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)致示波器的外部金屬殼浮動到總線電壓，給操作人員的人身安全帶來嚴重威脅。