如何确保SiC验证测试准确度？

SiC正在应用于功率更高、电压更高的设计中，如电动汽车(EV)电机驱动器、电动汽车快速充电桩、车载及非车载充电器、风能及太阳能逆变器及工控电源。

时域测量和开关损耗计算的准确性受到探头采集测量数据的准确性、带宽和延迟的影响。虽然讨论的重点是示波器探头之间的差异，但具体的实现方法（如布局、寄生信号和耦合）也在测量准确性中发挥着关键作用。需要测量三个重要参数：网格电压、漏电电压和电流，以正确验证使用SiC技术的功率模块。

测量栅极电压

测量SiC功率器件的栅极电压是极具挑战性的，因为它是一个低压信号(~20VPP)。与示波器接地相比，参考节点可能具有高DC偏置和高DV/dt。此外，最大的dv/dt发生在开关事件中，这是测量栅极信号时最关心的时间。即使设备源极与接地拓扑相连，电路接地与示波器接地之间的寄生阻抗仍会因快速瞬态信号而导致读数错误。这就要求测量设备从接地反耦，具有很大的共模抑制比。传统上，这种栅极电压测量采用标准差分探头（图1a），而最新的光隔离探头，如ISOVU探测系统（图1b），可以大大提高这种测量的准确性。

图1.(a)差分电压探头实例：泰克差分探头THDP0200探头及附件；

(b)泰克lsovuTIVP1光隔离探头(TIVPMX10X，±50V传感器尖端)。

图2比较了标准差分探头和光隔离探头的高侧格栅极电压测量。无论是关闭还是打开，在设备格栅通过阈值区域后，格栅极上都可以看到高频振铃。由于格栅极与功率环之间的耦合，预计会出现一些振铃。

然而，在差分探头中，振铃的范围明显高于光隔离探头测得的值。这可能是由于探头内参考电压变化引起的共模电流和标准差分探头的假信号。虽然图2中差分探头测得的波形似乎通过了装置的最大栅极电压，但光隔离探头的测量精度较高，显示装置在标准范围内。

图2. 差分探头( 蓝色轨迹) 与IsoVu 光隔离探头( 黄色轨迹) 对比。

使用标准差分探头测量栅极电压的应用工程师应注意，因为它可能无法区分这里显示的探头和测量系统的假信号以及设备额定值的实际违规行为。这种测量假信号可能会导致设计师提高栅极电阻，减慢开关的瞬态信号，减少铃声。然而，这并不一定会增加SiC设备的损耗。因此，所使用的测量系统必须能够准确反映设备的实际动态，以正确设计系统，优化性能。

测量漏极电压

在功率电子系统中，差分探头和参考地电平探头是两种常用的电压测量方法。差分探头是一种流行的选择，因为它可以毫无问题地添加到电路的任何节点中。参考地电平探头应注意实现方法，因为其屏蔽引脚连接到示波器的接地。参考地电平测量不正确，一般导致探头参考接地电流小，显著降低测量精度。

这种效果在SiC设计中会更加明显，因为高dv/dt会将寄生电流引入示波器探头参考地电平，导致测量误差。在更严重的情况下(当参考地电平屏蔽层连接到功率信号时)，大电流会流过接地，损坏探头或示波器。在最坏的情况下，从仪器到接地的连接失败会导致示波器外部金属壳浮动到总线电压，严重威胁操作人员的人身安全。

图3。当两个参考地电平的探头连接到不同电压的参考平面时，设备电流将旁路CVR流经地线和示波器。这将导致测量错误，并可能导致设备损坏。

在使用参考地电平CVR时，接地问题变得更加关键。如图3所示，在使用参考地电平探头和CVR时，可通过示波器屏蔽路径绕过CVR。这将导致整个设备的电流流过示波器，可能损坏电压探头或示波器，并带来重大的人身安全风险。一般来说，建议使用差分探头测量设备的漏极到源极。如您使用中还有其他问题，欢迎登录西安普科电子科技。

审核编辑：汤梓红