如何有效測量碳化硅 (SiC) MOSFET信號？

　　碳化硅 (SiC) MOSFET越來越多地應用于電動汽車、因為它們能夠承受高溫，具備更快的開關(guān)速度和更大的額定電流，以更高的效率運轉(zhuǎn)(尤其在高壓下)。

　　然而，在驗證設計時使用碳化硅 (SiC) MOSFET存在挑戰(zhàn)。它的開關(guān)特性很有價值，也對準確的驗證測量提出了挑戰(zhàn)。正確的探頭選擇和應用可以大大提高測量精度。

　　閱讀本文后，您可以在新泰克應用說明有效測量碳化硅 (SiC) 電力電子系統(tǒng)的信號中了解詳細信息。

　　什么是碳化硅 (SiC) MOSFET?

　　MOSFET，即金屬氧化物半導體場效應晶體管，是一種用于放大或切換電子信號的晶體管。它具有高能源效率、出色的散熱性、高電流密度、優(yōu)秀的高溫性能和高額定電壓。但是，為了更好地了解碳化硅 (SiC) MOSFET，您需要首先了解MOSFET是什么以及可以在什么場合應用它。

　　MOSFET簡介

　　MOSFET，即金屬氧化物半導體場效應晶體管是一種用于放大或切換電子信號的晶體管。MOSFET是現(xiàn)代電子產(chǎn)品的核心元件，也是世界上大多數(shù)集成電路的構(gòu)建模塊。隨著時間的推移，MOSFET的開發(fā)技術(shù)已從使用硅過渡到使用碳化硅 (SiC)。這一進展大幅提升了效率和性能。

　　MOSFET應用

　　MOSFET，特別是功率晶體管，廣泛用于各種電子應用中。它們是電源、電動汽車控制系統(tǒng)以及可持續(xù)能源應用(如太陽能、風能和熱能系統(tǒng))的重要組成部分。此外，MOSFET在無線電系統(tǒng)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，它們在音頻放大器中用于調(diào)制無線電信號的輸出。

　　碳化硅 (SiC) MOSFET的優(yōu)點：可靠性和性能

　　經(jīng)實踐檢驗，碳化硅 (SiC) MOSFET 具有高性能和可靠性。它廣泛用于各種應用，包括電動汽車電池充電器、光伏 (PV) 逆變器、高壓直流-直流轉(zhuǎn)換器和可再生能源系統(tǒng)。因為含有碳化硅，碳化硅 (SiC) MOSFET在性能和尺寸方面具有顯著優(yōu)勢，使其成為各種電子應用的優(yōu)選。

　　泰克示波器非常適合 MOSFET 設計和測試，可提供各種工具和解決方案來檢測碳化硅 (SiC) MOSFET的性能。

　　測量電力電子系統(tǒng)中碳化硅 (SiC) MOSFET面臨的挑戰(zhàn)

　　測量碳化硅 (SiC) MOSFET面臨的挑戰(zhàn)取決于測量地點和測量方式。特別對于上管，柵極電壓信號 (VGS) 隨快速開關(guān)的高失調(diào)電壓浮動。這些“共?！弊兓赡軙е聹y量系統(tǒng)中出現(xiàn)振鈴(如題圖所示)，并且無法確定振鈴是來自被測設備還是來自測量系統(tǒng)。漏源電壓 (VDS) 明顯高于柵源電壓 (VGS)，并且常相對于接地端浮動。漏極電流測量還需要注意確保示波器和探頭帶寬充足，以實現(xiàn)準確測量。

　　準確測量碳化硅 (SiC) MOSFET的柵極電壓

　　柵源電壓 (VGS) 測量，尤其對于上管，十分具有挑戰(zhàn)性。 柵極閾值電壓通常只有幾伏，因此與高達數(shù)百伏的VDS相比較小。

　　傳統(tǒng)上，這些測量是使用差分探頭進行的，比如泰克THDP0200差分探頭。然而，使用差分探頭可能會導致不必要的過大設計余量，尤其在進行上管VGS測量時。對于上管MOSFET，源端電壓相對于接地端變化很快。要準確地進行這種測量，需要在高頻下具有極高的共模抑制比 (CMRR)。差分探頭引入的振鈴會導致儀器在規(guī)格范圍內(nèi)似乎不符合規(guī)格。調(diào)整設計以減慢開關(guān)速度并消除雜散振鈴會“抵消”使用高速碳化硅SiC MOSFET的部分優(yōu)勢。

　　共模抑制比高的探頭可限制共模電壓對輸出的影響。為實現(xiàn)更精確的測量，建議使用光隔離探頭，如IsoVu光隔離探頭。這種探頭在1 GHz時可抑制80 dB的共模信號，在100 MHz時可抑制120 dB的共模信號。下方圖 1和圖 2說明了這種效果。

　　圖 1。使用無源探頭在下管(黃色軌跡)和差分探頭在上管(藍色軌跡)觀察到的柵極電壓信號。此配置顯示VGS信號(包括上管驅(qū)動信號)存在明顯振鈴。

　　圖 2. 使用兩個IsoVu光學隔離探頭時觀察到的柵極電壓信號(黃色和藍色軌跡)。振鈴效應大大減少，可以看到下管的柵極信號(黃色)細節(jié)。高共模抑制消除了上管的柵極信號(藍色)上的雜散干擾。

　　準確測量碳化硅 (SiC) MOSFET的漏極電壓

　　要測量碳化硅 (SiC) MOSFET的漏極電壓，您可以使用接地參考無源探頭或差分探頭。接地參考探頭相對便宜并且包含在示波器中，但它只能用于接地參考測量。將接地參考探頭連接到浮動(未接地)組件將導致地線中產(chǎn)生電流。當使用多個接地參考探頭時，必須非常小心地將所有參考導線連接到相同的接地電位。應用說明有效測量碳化硅 (SiC) 電力電子系統(tǒng)的信號給出了使用兩個探頭易犯的錯誤示例。

　　切勿拔下示波器電源線上的接地引腳，因為這會使示波器浮地。這存在安全隱患，并可能對測量結(jié)果產(chǎn)生負面影響。

　　如果您的設計中確實有可用的接地點，那么泰克TPP0850無源高壓探頭無源高壓探頭是測量碳化硅 (SiC) 器件漏極電壓的理想選擇。它可處理最高1000V的均方根電壓和2.5KV的峰值電壓，且負載僅為 1.8 pF。

　　使用符合其規(guī)格的差分探頭，例如Tektronix THDP0200 差分探頭，能更簡單安全地測量漏極電壓。由于它與地面分離，因此使被測單元和操作員更安全。

　　以上內(nèi)容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于打造儀器配附件一站式供應平臺。主營范圍：示波器測試附件配件的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售。涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、柔性電流探頭、近場探頭、電流互感器、射頻測試線纜、各類儀器測試附件等。更多信息，歡迎登陸官方網(wǎng)站進行咨詢：http://www.jmcsled.cn