SiC功率元件｜應用篇

測量SiC MOSFET閘-源電壓時的注意事項：一般測量方法

2023.05.10

重點

・如果將延長電纜與DUT引腳焊接並連接電壓探頭進行測量，在開關速度較快時，觀察到的波形會發生明顯變化。

・受測量時所裝的延長電纜的影響，觀察到的波形會與真正的原始波形完全不同。

・在觀測波形時，需要時刻注意觀察到的波形是否是真正的原始波形。

SiC MOSFET具有出色的開關特性，但由於其開關過程中電壓和電流變化非常大，因此如Tech Web基礎知識 SiC功率元件“SiC MOSFET：橋式結構中閘極－源極間電壓的動作-前言”中介紹的需要準確測量閘極和源極之間產生的浪湧。在這裡，將為大家介紹在測量閘極和源極之間的電壓時需要注意的事項。我們將以SiC MOSFET為例進行講解，其實所講解的內容也適用於一般的MOSFET和IGBT等各種功率元件，盡情參考。

測量SiC MOSFET閘-源電壓：一般測量方法

電源單元等產品中使用的功率開關元件大多都配有用來冷卻的散熱器，在測量元件引腳間的電壓時，通常是無法將電壓探頭等直接安裝到元件引腳上的。因此，有時會將延長電纜焊接到元件的引腳上，並在產品外部連接電壓探頭進行測量。

圖1為在ROHM評估板（P02SCT3040KR-EVK-001）上安裝散熱器並將電壓探頭與延長電纜連線進行測量時的示例。其中，將連接電壓探頭用的延長電纜（長約12cm）焊接到被測元件（DUT）的引腳上，並將延長電纜絞合以抑制輻射雜訊的影響。使用這種測量方法，實施圖2所示的橋式結構下的雙脈衝測試，並觀察波形。

圖1. 將電壓探頭與延長電纜連線
來測量閘-源電壓

圖2. 雙脈衝測試電路

在雙脈衝測試電路的高側（HS）和低側（LS）安裝ROHM的SiC MOSFET SCT3040KR，並使HS開關、LS始終OFF（閘極電壓=0V）。圖1所示的延長電纜已經直接焊接在HS的閘極引腳和源極引腳上。

圖3為測量到的閘-源電壓波形。當外接閘極電阻RG_EXT為10Ω時，延長電纜並沒有太大的影響，但當將RG_EXT設置為3.3Ω並提高開關速度時，就會因電壓或電流的變化而誘發雜訊和電路的高頻工作，導致測量到的波形發生了顯著變化。在該示例中，受測量用的延長電纜的影響，測量儀器中顯示的頻段範圍發生了變化，由於附加了額外的阻抗而導致觀察到的波形與真正的原始波形完全不同。

導通波形

關斷波形

圖3. 安裝延長電纜測量到的閘-源電壓波形。與真正的原始波形完全不同

需要注意的是，必須始終留意觀察到的波形是否是真正的原始波形，或者觀察到的波形是否由於某些影響因素而與原始波形不同。為此，不僅要知道如何進行準確的觀察，還要知道影響觀察的因素。

圖4是該測量所用的電壓差動探頭的等效電路（*1、*2）。通常，電壓探頭的頻率特性設置包括探頭的頭部。然而，如果在DUT的測量引腳上安裝延長電纜的話，在觀察幾十ns的高速開關波形時，會在雜散電感LEXT和電壓探頭主體的輸入電容C之間引發諧振現象，從而產生疊加在原始電壓波形上的高頻電壓振鈴，這可能會導致觀察到的突波比實際的突波更大。


圖4. 電壓差分探頭的等效電路

  • *1. 參考資料：“ABCs of Probes” Application Note（No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月；“WaveLink Medium Bandwidth（8-13GHz）Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月
  • *2. 參考資料：“WaveLink Medium Bandwidth(8-13GHz) Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月

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