SiC功率元件｜應用篇

探頭頭部的安裝位置

2023.07.05

重點

・除了測量位置之外，探頭的安裝位置也很重要。

・如果不慎將電壓探頭安裝在磁通量急遽變化的空間內，就會受到磁通量變化的影響，而體現在觀測波形上。

SiC MOSFET閘-源電壓測量：探頭頭部的安裝位置

除了此前提到的測量位置之外，還有一個必須要注意的要點，那就是探頭頭部的安裝位置。

通常，在功率開關元件的使用環境中，會對幾十到幾百安培的電流進行高速開關，所以因電流變化di/dt而產生的磁通量變化dΦ/dt非常大。另外，電壓變化dv/dt也非常大，電壓非常高，所以電壓變化時所流電流的變化也不容小覷。

如果不慎將電壓探頭安裝在這種磁通量急遽變化的空間中，探頭的頭部就會受到磁通量變化的影響，並且這種影響可能會疊加在最終波形上。下面比較了4種安置方法所檢測出來的開關波形。

(a) 主電路環路的內側
(b) 主電路環路的外側最近處
(c) 主電路環路的外側，用絞合線拉開12cm距離
(d) 主電路環路的外側，用絞合線拉開12cm距離+100Ω

圖11中列出了(a)～(d)四種探頭頭部安裝位置的差異，並用箭頭畫出了主電路環路的電流路徑。


圖 11. 探頭頭部安裝位置和主電路環路的電流路徑

(a)是將探頭安裝在主電路環路的內側，dΦ/dt最大的位置；(b)是將探頭安裝在主電路環路的外側，由於是外側最近的位置，所以也是dΦ/dt較大的位置；(c)和(d)是用延長線拉開與主電路環路的距離，將探頭安裝在儘量免受dΦ/dt影響的位置。不同的是（d）中加了一個100Ω的阻尼電阻。

圖12是在上述4種安裝方法下觀測到的閘-源電壓波形。


圖12. 探頭頭部安裝位置對最終波形的影響

從LS的波形看，可以看到在磁通量變化最大的(a)處，在與開關動作相同的時間點發生了突波，可見受輻射雜訊的影響很大。另外，由於延長線電感的影響，(c)的波動比(b)還要大。從結果看，在延長線中插入100Ω阻尼電阻的(d)成功抑制了振鈴，波動最小。

在這個測試中，由於HS在執行開關工作，因此LS的閘極電壓始終處於關斷狀態 (0V)，所以完全沒有驅動電流流向閘極引腳，可以認為容易受到磁通量變化的影響。而HS則由於在開關工作期間，有驅動用的充電電流流入SiC MOSFET的閘極引腳而不容易受到磁通量變化的影響，因此可以認為其波形不像LS那樣紊亂。

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