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開關特性是功率半導體開關設備最重要的特性之一，由開關過程中的驅動電壓、端電壓和端電流表示。一般來說，雙脈沖測試可用于設備評估，而在電路設計中直接測量運行中變換器上的設備波形。為了得出正確的結論，獲得準確的開關過程波形是非常重要的。

SiC MOSFET相較于 Si MOS 和 IGBT 它可以顯著提高變換器的效率和功率密度，但也可以降低系統成本，受到大多數電力工程師的青睞，越來越多的功率變換器基于 SiC MOSFET 的方案。SiC MOSFET 與 Si 開關設備的一個重要區別是它們的柵極耐壓性不同，Si 開關器件柵的極耐壓性一般都能達到 ±30V，而 SiC MOSFET 柵 極 正 壓 耐 壓 能 力 一 般 在 20V 至 25V，一般來說，負壓耐壓能力只有負壓耐壓能力 -3V 至 -10V。同時，SiC MOSFET 開關速度快，開關過程中柵極電壓更容易振動。如果振動超過其柵極耐壓性，可能會導致設備柵極可靠性退化或直接損壞。

許多電源工程師剛剛接觸到許多電源工程師 SiC MOSFET 在不久的將來，驅動電壓測量經常遇到問題，即驅動電壓振幅值大，峰值與理論不一致，導致設備問題或電路設計問題，延誤開發進度。

接下來，我們將向您介紹 6 由測試問題引起的驅動電壓離譜。

原因1：高壓差探頭衰減倍數過大

在電源開發過程中，通常選擇高壓差分探頭來測量驅動波形。有時使用高壓差分探頭時獲得的驅動波形非常粗糙，這通常是由于高壓差分探頭的衰減倍數過大造成的。衰減倍數大，高壓差探頭量程大，分辨率大大降低，示波器還原信號時噪聲放大。此時需要選擇衰減倍數較小的高壓差分探頭或高壓差分探頭衰減較小的檔位。我們使用圖 1 驅動電壓由高壓差探頭測量，衰減倍數分別選擇 50 倍和 500 倍，可以在下圖中明顯看到 驅動波形在500倍衰減倍數下非常厚。

圖1 泰克高壓差探頭示意圖

圖2 50倍和500倍Infineon代理對比

原因2：高壓差探頭測量線未雙絞線

高壓差分探頭一般用于測量高壓信號。為了安全方便接線，前端有兩個接近 20cm的測量線。測量時，可以將兩條測量線視為天線，接收外部磁場信號。而SiC MOSFET 開關速度快，開關過程電流變化速率大，磁場通過高壓差探頭測量線形成的天線會影響測量結果。為了減少這種影響，可以雙絞高壓差分探頭的兩條測量線，盡量減少其周圍的面積。從圖 4 可此可見，驅動電壓波形的振蕩幅度在測量線未雙絞后明顯降低。

圖3 差異探頭是否雙絞

圖4 是否對雙絞波形進行比較

原因3：無源探頭未進行阻抗匹配

無源探頭具有較小的衰減倍數和較高的帶寬，通常用于在雙脈沖測試中獲得更準確的驅動電壓波形。無源探頭的等效電路如下所示，只有當它與示波器達到阻抗匹配時才能獲得正確的波形。一般來說，我們可以通過旋轉無源探頭尾部的旋鈕來調整電容器，一些探頭可以在示波器上完成自動補償。

驅動電壓為 -4V/ 15V 時，通過圖 8 可以看出，正確的補償是否對測量結果有很大的影響。當探頭未進行阻抗匹配時，驅動波振蕩范圍明顯增大，測量值較大，導致對驅動電壓的誤判。當探頭正確阻抗匹配時，驅動電壓振幅較小，測量值與實際外加電壓一致。

圖6 泰克無源探頭

圖7 無源探頭等效示意圖

圖8 阻抗匹配與未阻抗匹配的波形對比

原因4：無源探頭未使用最小環路測量

無源探頭標準接地線接近 10cm 長，當使用這樣的接地線時，會有一個像高壓差探頭一樣的探頭，即測量線被一個大面積包圍，成為天線，測量結果會受到影響 SiC MOSFET 高速變化電流在開關過程中的影響。同時，過長的接地線可視為電感，也會引起沖擊。

為了減少這種影響，可以使用廠家標準的彈簧接地針，長度短，周圍面積小。 10 可以看出，使用標準接地線時，驅動波形振蕩嚴重，峰值最大 xxV，超過了 SiC MOSFET柵極耐壓；使用彈簧接地針時，波形振蕩大大降低，振幅值為 SiC MOSFET 在柵極耐壓范圍內。

圖9 示波器有長接地線和短彈簧地線

圖10 長接地線與短彈簧地線波形對比

原因5：探頭高頻共模抑制比不夠

橋式電路中的上管 SiC MOSFET，其 S 在橋臂中點，其電壓在電路工作時跳變。跳變幅度為電路母線電壓，對于 1200V SiC MOSFET 母線電壓為 800V；其跳變速度為 SiC MOSFET 可達到開關速度 100V/ns。為了測量上管的驅動電壓，需要面對如此高的值和高速跳變的共模電壓。

圖11 泰克光隔離探頭ISOVu

從圖 12 在第一個脈沖中，當使用常見的高壓差探頭時，驅動波形振蕩更大 Ton在 Toff 時間內有偏差，第二脈沖上升沿有嚴重沖擊。這主要是由于高頻下高壓差分探頭的共模抑制比不造成的。此時，我們需要使用具有較高共模抑制比的光隔離探頭來測量上管驅動電壓波形。

從圖 12 可以看出，當采用光隔離探頭時，波沖擊顯著減少，第二脈沖上升邊緣的嚴重沖擊消失，電壓測量值接近關閉時間內的實際外加電壓。

圖12 光隔離探頭與高壓差分探頭的波形比較

原因6:測量點離器件引腳根部太遠

探頭不能直接測量驅動電壓波形 觸 到 SiC MOSFET 芯 片， 而 只 是 能 接 到 在設備的引腳上。設備的引腳可以看作是電感，所以我們實際測量的驅動電壓是真正的柵 - 引腳電感上的壓降之和在源極電壓和測量點之間。測量點之間的引腳長度越長，測量結果和 SiC MOSFET芯片上的真正格柵-源極電壓差越大。

圖13 4pin圖片及等效示意圖

為了減少這種影響，探頭需要連接到設備引腳的根部，以最大限度地縮短測量點之間。 14 可此可見，當測量點位于引腳根部時，開啟驅動波形振蕩幅值和振蕩頻率明顯降低，關閉驅動波形振蕩幅值也明顯降低。

圖14 探頭接觸腳根，遠離根

圖15 引腳與遠離根的波形對比