【導讀】開關特性是功率半導體開關器件最重要的特性之一
，由器件在開關過程中的驅動電壓、端電壓、端duan電dian流liu表biao示shi。一yi般ban在zai進jin行xing器qi件jian評ping估gu時shi可ke以yi采cai用yong雙shuang脈mai衝chong測ce試shi
，而er在zai電dian路lu設she計ji時shi直zhi接jie測ce量liang在zai運yun行xing中zhong的de變bian換huan器qi上shang的de器qi件jian波bo形xing，為wei了le得de到dao正zheng確que的de結jie論lun，獲huo得de精jing準zhun的de開kai關guan過guo程cheng波bo形xing至zhi關guan重zhong要yao。

SiC MOSFET 相較於 Si MOS 和 IGBT 能夠顯著提高變換器的效率和功率密度

，同時還能夠降低係統成本，受到廣大電源工程師的青睞
，越來越多的功率變換器采用基於 SiC MOSFET 的方案。SiC MOSFET 與 Si 開關器件的一個重要區別是它們的柵極耐壓能力不同，Si 開關器件柵極耐壓能力一般都能夠達到 ±30V
，而 SiC MOSFET 柵 極 正 壓 耐 壓 能 力 一 般 在 +20V 至+25V，負壓耐壓能力一般僅有 -3V 至 -10V。同時，SiC MOSFET 開關速度快
，開關過程中柵極電壓更容易發生震蕩
，如果震蕩超過其柵極耐壓能力
，則有可能導致器件柵極可靠性退化或直接損壞。

很多電源工程師剛剛接觸 SiC MOSFET 不久
，往往會在驅動電壓測量上遇到問題，即測得的驅動電壓震蕩幅值較大、存在與理論不相符的尖峰
，導致搞不清楚是器件的問題還是電路設計的問題，進而耽誤開發進度。

接下來我們將向您介紹 6 種由於測試問題而導致的驅動電壓離譜的原因。

原因 1：高壓差分探頭衰減倍數過大

高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou的de為wei差cha分fen輸shu入ru且qie輸shu入ru阻zu抗kang高gao，在zai電dian源yuan開kai發fa過guo程cheng中zhong一yi般ban都dou會hui選xuan擇ze它ta來lai測ce量liang驅qu動dong波bo形xing。有you時shi在zai使shi用yong高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou時shi獲huo得de的de驅qu動dong波bo形xing顯xian得de非fei常chang粗cu，這zhe往wang往wang是shi由you於yu高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou的de衰shuai減jian倍bei數shu過guo大da導dao致zhi的de。衰shuai減jian倍bei數shu大da，高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou的de量liang程cheng就jiu大da，使shi得de分fen辨bian率lv大da幅fu下xia降jiang，同tong時shi示shi波bo器qi在zai還hai原yuan信xin號hao時shi還hai會hui將jiang噪zao聲sheng放fang大da。此ci時shi就jiu需xu要yao選xuan擇ze衰shuai減jian倍bei數shu較jiao小xiao的de高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou或huo選xuan擇ze高gao壓ya差cha分fen探tan頭tou衰shuai減jian比bi較jiao小xiao的de檔dang位wei。我wo們men使shi用yong圖tu 1 中的高壓差分探頭測量驅動電壓，衰減倍數分別選擇 50 倍和 500 倍，在下圖中可以明顯到 500倍衰減倍數下驅動波形非常粗。

圖 1. 示意圖為泰克高壓差分探頭

圖 2. 50 倍與 500 倍衰減波形對比

原因 2：高壓差分探頭測量線未雙絞

高壓差分探頭一般用於測量高壓信號
，為了使用安全及方便接線，其前端是兩根接近 20cm的測量線。在進行測量時，可以將兩根測量線看作為一個天線，會接收外界的磁場信號。而SiC MOSFET 的(de)開(kai)關(guan)速(su)度(du)快(kuai)，開(kai)關(guan)過(guo)程(cheng)電(dian)流(liu)變(bian)化(hua)速(su)率(lv)大(da)，其(qi)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)穿(chuan)過(guo)由(you)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)測(ce)量(liang)線(xian)形(xing)成(cheng)的(de)天(tian)線(xian)時(shi)就(jiu)會(hui)影(ying)響(xiang)測(ce)量(liang)結(jie)果(guo)。為(wei)了(le)降(jiang)低(di)這(zhe)一(yi)影(ying)響(xiang)，可(ke)以(yi)將(jiang)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)的(de)兩(liang)根(gen)測(ce)量(liang)線(xian)進(jin)行(xing)雙(shuang)絞(jiao)，盡(jin)量(liang)減(jian)小(xiao)它(ta)們(men)圍(wei)成(cheng)的(de)麵(mian)積(ji)。從(cong)圖(tu) 4 中可以看到，在將測量線未雙絞進行雙絞後，驅動電壓波形的震蕩幅度明顯降低了。

圖 3. 差分探頭是否雙絞

圖 4. 是否雙絞的波形對比

原因 3：無源探頭未進行阻抗匹配

無源探頭衰減倍數小、daikuangao
，wangwangkeyizaishuangmaichongceshishiyonglaihuodegengweijingzhundequdongdianyaboxing。wuyuantantoudedengxiaodianluruxiasuoshi
，zhiyoudangqiyushiboqidadaozukangpipeishicainenghuodezhengquedeboxing。yibanqingkuangxia，womenkeyitongguoxuanzhuanwuyuantantouweibudexuanniutiaojiedianronglaijinxingzukangpipeitiaojie，ciwaihaiyoubufentantounenggouzaishiboqishangwanchengzidongbuchang。

當驅動電壓為 -4V/+15V 時，通過圖 8 可ke以yi看kan到dao
，是shi否fou正zheng確que補bu償chang對dui測ce量liang結jie果guo有you非fei常chang大da的de影ying響xiang。當dang探tan頭tou未wei進jin行xing阻zu抗kang匹pi配pei時shi
，驅qu動dong波bo形xing振zhen蕩dang幅fu度du明ming顯xian變bian大da，測ce量liang量liang值zhi也ye更geng大da，這zhe將jiang會hui導dao致zhi對dui驅qu動dong電dian壓ya的de誤wu判pan。當dang探tan頭tou正zheng確que阻zu抗kang匹pi配pei時shi，驅qu動dong電dian壓ya振zhen幅fu更geng小xiao，測ce量liang值zhi與yu實shi際ji外wai加jia電dian壓ya一yi致zhi。

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

無源探頭標配的接地線有接近 10cm 長，采用這樣的接地線時，會出現同高壓差分探頭一樣，即測量線圍出一個很大的麵積，成為一個天線
，測量結果會受到 SiC MOSFET 開關過程中高速變化的電流的影響。同時

，過長的接地線可以看做一個電感
，也會導致震蕩的產生。

為了降低這一影響，可以使用廠商標配的彈簧接地針，其長度短、圍出的麵積更小。從圖 10 中可以看到，使用標配接地線時，驅動波形震蕩嚴重，其峰值最大達到 xxV，超過了 SiC MOSFET柵極耐壓能力
；當使用彈簧接地針後，波形震蕩大大減輕了，幅值均在 SiC MOSFET 柵極耐壓能力範圍內。

圖 9. 示波器自帶長接地線、短彈簧地線

圖 10. 長接地線與短彈簧地線波形對比

原因 5：探頭高頻共模抑製比不夠

對於橋式電路中的上管 SiC MOSFET，其 S 極為橋臂中點
，其電壓在電路工作時是跳變的。其跳變的幅度為電路的母線電壓，對於 1200V SiC MOSFET 而言，母線電壓為 800V；其跳變的速度為 SiC MOSFET 的開關速度
，可達到 100V/ns。此時要測量上管的驅動電壓
，就需要麵對這樣高幅值、高速度跳變的共模電壓。

圖 11. 泰克光隔離探頭 ISOVu

從圖 12 中可以看到，當采用常見的高壓差分探頭時，驅動波形振蕩更大，在第一個脈衝內 Ton時間測量值偏低，在 Toff 時(shi)間(jian)內(nei)存(cun)在(zai)偏(pian)置(zhi)
，在(zai)第(di)二(er)個(ge)脈(mai)衝(chong)上(shang)升(sheng)沿(yan)存(cun)在(zai)嚴(yan)重(zhong)的(de)震(zhen)蕩(dang)。這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)由(you)於(yu)高(gao)壓(ya)差(cha)分(fen)探(tan)頭(tou)在(zai)高(gao)頻(pin)下(xia)的(de)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)不(bu)夠(gou)導(dao)致(zhi)的(de)，此(ci)時(shi)我(wo)們(men)就(jiu)需(xu)要(yao)使(shi)用(yong)具(ju)有(you)更(geng)高(gao)共(gong)模(mo)抑(yi)製(zhi)比(bi)的(de)光(guang)隔(ge)離(li)探(tan)頭(tou)來(lai)測(ce)量(liang)上(shang)管(guan)驅(qu)動(dong)電(dian)壓(ya)波(bo)形(xing)。

從圖 12 zhongkeyikandao，dangcaiyongguanggelitantouhou，boxingzhendangmingxianjianxiao，diermaichongshangshengyandeyanzhongzhendangxiaoshi
，zaiguanduanshijianneidianyaceliangzhiyushijiwaijiadianyajiejin。

圖 12. 光隔離探頭與高壓差分探頭波形對比

原因 6：測量點離器件引腳根部過遠

當我們測量驅動電壓波形時
，探頭並不能直接接 觸 到 SiC MOSFET 芯 片， 而 隻 是 能 接 到 器件的引腳上。可以將器件的引腳看作為電感，那麼我們實際測得的驅動電壓為真實的柵 - 源極電壓和測量點之間引腳電感上壓降之和。那麼，測量點之間引腳長度越長
，測量結果與 SiC MOSFET芯片上真實的柵-源極電壓差異越大。

圖 13. 4pin 的圖片和等效示意圖

為了降低這一影響

，需要將探頭接到器件引腳的根部，最大限度得縮短測量點之間引腳的長度。從圖 14 中可以看到，當測量點位於引腳根部時

，開通驅動波形振蕩幅值及振蕩頻率明顯減少
，關斷驅動波形振蕩幅值也明顯減少。

圖 14. 探頭接引腳根部與遠離根部

圖 15. 引腳根部與遠離根部波形對比

了解泰克高差分探頭https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/probes/high-voltage-differential-probes；了解泰克光隔離探頭https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/probes/isovu-isolated-probes；泰克MSO5B示波器https://www.tek.com.cn/products/oscilloscopes/ 5-series-mso。

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