PKDV5151差分探頭在SiC模塊上管門極電壓測試中的應用案例

一、項目背景：新能源汽車 SiC 模塊測試需求

某新能源汽車零部件企業(yè)為提升車載充電機（OBC）的功率密度與能效，將傳統(tǒng)硅基 IGBT 模塊升級為 1200V/45A SiC MOSFET 模塊（英飛凌 IMW120R045M1H）。在模塊集成與性能驗證階段，需精準測量上管門極電壓（Vgs），評估開關特性（開通延遲、關斷振蕩）與驅(qū)動電路匹配性，確保模塊在整車高壓環(huán)境下穩(wěn)定工作。

該企業(yè)此前采用傳統(tǒng)單差分探頭測試時，因 SiC 模塊 1200V 母線共模電壓、100kHz 高頻開關產(chǎn)生的強電磁干擾，導致門極電壓波形失真嚴重，幅值測量誤差超 5%，無法滿足 ±2% 的精度要求，亟需更可靠的測試方案。

二、核心測試難題：SiC 模塊門極電壓測量的三大挑戰(zhàn)

1. 高共模電壓沖擊：SiC 模塊上管源極（S）與系統(tǒng)地存在 1200V 母線共模電壓，傳統(tǒng)單探頭共模抑制比（CMRR）不足（<50dB@100kHz），易引發(fā)信號疊加，導致 Vgs 測量值偏離實際值；

2. 高頻信號失真：SiC 模塊開關上升 / 下降時間僅 4-6ns，傳統(tǒng)探頭帶寬（<60MHz）無法捕捉納秒級波形細節(jié)，上升沿出現(xiàn)衰減，關斷振蕩幅度誤判；

3. 地環(huán)路干擾：測試系統(tǒng)中示波器、SiC 驅(qū)動板、隔離電源接地電位差異，形成地環(huán)路電流，在門極信號中疊加 50Hz 周期性噪聲，信噪比低于 25dB。

三、測試方案選型：雙 PKDV5151 差分探頭的適配性

針對上述難題，技術團隊對比多款測試設備后，選擇普科科技 PKDV5151 差分探頭（2 臺）構建雙探頭測試系統(tǒng)，核心適配性體現(xiàn)在：

高共模抑制能力：PKDV5151 在 100kHz 頻段 CMRR>60dB，可抑制 1200V 母線共模干擾，減少噪聲疊加；

寬頻帶與低寄生參數(shù)：100MHz 帶寬可完整捕捉納秒級開關波形，≤10pF 輸入寄生電容避免與門極回路形成 LC 振蕩；

安全與精度兼顧：CAT III 600V 安全等級適配高壓測試環(huán)境，±2% 測量精度滿足 SiC 模塊參數(shù)驗證需求。

四、方案實施：雙探頭測試系統(tǒng)搭建與操作流程

1. 設備清單與連接

2. 關鍵操作步驟

1. 探頭校準：使用示波器 1kHz/5V 標準方波，對雙 PKDV5151 進行幅度與相位校準，確保 CH1、CH2 通道增益誤差≤0.5dB，時間延遲≤1ns；

2. 參數(shù)設置：示波器垂直刻度 CH1 設為 5V/div（覆蓋 - 5V~+20V Vgs）、CH2 設為 200V/div（覆蓋 0~1200V Vsg），時基設為 2ns/div，觸發(fā)方式為 CH1 邊沿觸發(fā)（觸發(fā)電平 = 5V，對應 SiC 開通閾值）；

3. 數(shù)據(jù)采集：在 SiC 模塊開關頻率 100kHz、負載電流 20A 工況下，采集 100 組 Vgs、Vsg 波形，通過數(shù)學運算獲取門極對地電壓（Vg=Vgs-Vsg）。

五、測試結果：精準解決三大難題

1. 共模干擾抑制效果：實測 100kHz 頻段 CMRR 達 62dB，Vsg 波形波動幅度≤5V，Vg 波形無共模噪聲疊加，信噪比提升至 35dB；

2. 波形精度與參數(shù)準確性：Vgs 幅值理論值 + 15V，實測平均值 14.82V（誤差 1.2%），上升沿時間 4.2ns（偏差 0.3ns），關斷振蕩幅度≤0.8V，完全滿足精度要求；

3. 地環(huán)路干擾消除：通過隔離電源與單點接地設計，50Hz 周期性噪聲消失，波形穩(wěn)定性顯著提升，連續(xù)測試 1 小時數(shù)據(jù)波動≤0.5%。

六、項目價值：助力 SiC 模塊量產(chǎn)與性能優(yōu)化

1. 研發(fā)效率提升：雙探頭方案將測試誤差從 5% 降至 1.2%，避免因波形失真導致的驅(qū)動電路反復調(diào)試，研發(fā)周期縮短 20%；

2. 量產(chǎn)質(zhì)量保障：標準化測試流程可快速復制至產(chǎn)線，實現(xiàn) SiC 模塊門極電壓參數(shù) 100% 檢測，不良品率從 3% 降至 0.5%；

3. 成本節(jié)約：PKDV5151 相比進口同類探頭成本低 30%，且支持多場景復用（如光伏逆變器 SiC 模塊測試），設備投入回報周期縮短至 6 個月。

七、應用總結

雙 PKDV5151 差分探頭通過 “差模信號提取 + 共模電壓補償” 機制，精準解決了 SiC 功率器件門極電壓測試中的高共模、高頻失真、地環(huán)路干擾難題，不僅為新能源汽車車載充電機 SiC 模塊測試提供了可靠方案，也為光伏、工業(yè)驅(qū)動等領域的 SiC 器件測試提供了可復用的技術范式，是功率器件研發(fā)與量產(chǎn)階段的高性價比測試選擇。

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