在電力電子的實(shí)際應(yīng)用中，DC-AC 變換十分常見。逆變器的核心功能是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。對于采用 SiC MOSFET 功率器件的兩電平逆變器，相較于 IGBT 功率器件，其開關(guān)頻率通常更高，驅(qū)動設(shè)計(jì)要求也更為嚴(yán)苛。為了保證系統(tǒng)的性能與可靠性，工程師通常需進(jìn)行雙脈沖測試，以確定驅(qū)動電阻、RC 吸收電路等關(guān)鍵驅(qū)動參數(shù)，并評估驅(qū)動設(shè)計(jì)是否符合要求。

案例簡介

在典型的雙脈沖測試中，工程師需要測試 SiC MOSFET 功率器件的驅(qū)動波形、電壓應(yīng)力、電流波形等一系列關(guān)鍵參數(shù)，進(jìn)而優(yōu)化兩電平逆變器的驅(qū)動參數(shù)設(shè)計(jì)。實(shí)際測試中，驅(qū)動波形的測試是一大難點(diǎn)。工程師需要觀測驅(qū)動波形中米勒平臺的電壓狀態(tài)，以及對側(cè)管子的驅(qū)動串?dāng)_電壓，以評估驅(qū)動電源、驅(qū)動電阻和吸收電路的設(shè)計(jì)參數(shù)是否合理。這要求測試設(shè)備不僅具備高帶寬特性，還需具有高共模抑制能力。SiC 的驅(qū)動設(shè)計(jì)比 IGBT 要嚴(yán)苛主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

首先是驅(qū)動電壓與開通閾值電壓的差異。SiC MOSFET 的閾值電壓(Vgs (th))較低(典型值為 2-4?V)，若測試設(shè)備對驅(qū)動信號產(chǎn)生干擾，易導(dǎo)致誤導(dǎo)通甚至炸管，因此推薦使用光隔離探頭進(jìn)行 SiC 驅(qū)動測試。同時(shí)，SiC MOSFET 對過壓及欠壓極為敏感，SiC MOSFET 典型驅(qū)動電壓為 + 18?V/-4?V。而 IGBT 的閾值電壓(VGE (th))通常在 5-6?V，IGBT 典型驅(qū)動電壓為 + 15?V/-8?V，設(shè)計(jì)余量相對 SiC MOSFET 而言更大。

其次，SiC MOSFET 在設(shè)計(jì)時(shí)的開關(guān)頻率通常遠(yuǎn)高于 IGBT。在高 dv/dt 開關(guān)瞬態(tài)下，米勒電容(Cgd)會向柵極注入位移電流。在關(guān)斷期間，該電流可能在柵極電阻上產(chǎn)生足以超過閾值電壓的正向電壓，引發(fā) “米勒誤導(dǎo)通”。同樣，開通瞬態(tài)的高 dv/dt 也會通過米勒電容耦合至柵極，產(chǎn)生負(fù)向電壓尖峰，威脅柵極氧化層可靠性，進(jìn)而損壞柵極。這就是通常所說的兩電平逆變器中的串?dāng)_現(xiàn)象。

實(shí)例說明

被測設(shè)備：某公司 PCS 的功率板

客戶問題反應(yīng)：使用傳統(tǒng)的高壓差分探頭測試信號嚴(yán)重失真，尤其是在米勒平臺附近的波形?？蛻魺o法參考波形質(zhì)量評估開通關(guān)斷電阻設(shè)計(jì)是否合理，RC 吸收參數(shù)是否符合要求。

其中客戶使用兩電平雙脈沖測試原理圖如下，正在測試 Q2 管的電壓應(yīng)力和驅(qū)動波形，以及 Q1 管的串?dāng)_。

下圖是客戶反饋的測試波形，其中圖一為 SiC MOSFET 開通波形，圖二為 SiC MOSFET 關(guān)斷波形，每個(gè)波形測試具體定義如下：

CH1 黃色：Q2 Vce

CH2 綠色：Q1 管 Vgs(串?dāng)_波形)

CH3 藍(lán)色：電感電流 Id

CH4 紅色：Q2 管 Vgs(驅(qū)動波形)

圖一：Q2 管開通時(shí)刻

圖二：Q2 管關(guān)斷時(shí)刻

圖一可以看到，CH4 紅色 Q2 管 SiC MOSFET 驅(qū)動開通時(shí)，紅色波形在米勒平臺附近出現(xiàn)了嚴(yán)重震蕩。圖二驅(qū)動開通關(guān)斷時(shí)刻同樣出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形震蕩。這對客戶調(diào)試驅(qū)動參數(shù)有極大的阻礙。并且傳統(tǒng)高壓差分探頭寄生參數(shù)大、會對 SiC MOSFET 驅(qū)動回路引入額外負(fù)載與干擾，嚴(yán)重時(shí)易觸發(fā)柵極誤導(dǎo)通。

后續(xù)我們給客戶提供第三代光隔離探頭MOIP200P 進(jìn)行測試，并且與高壓差分探頭測試同一個(gè)點(diǎn)位，具體測試波形見下圖三、圖四。

對于圖三、圖四每個(gè)通道波形測試的定義如下：

CH1 黃色：Q2 Vce

CH2 綠色：Q2 管 Vgs(光隔離探頭)

CH3 藍(lán)色：電感電流 Id

CH4 紅色：Q2 管 Vgs(高壓差分探頭)

圖三：換用光隔離探頭后 Q2 管開通時(shí)刻對比

圖四：換用光隔離探頭后 Q2 管關(guān)斷時(shí)刻對比

可以看出光隔離探頭的波形表現(xiàn)要比高壓差分探頭要好很多，可以很清晰地觀測 SiC MOSFET 驅(qū)動的米勒平臺，客戶可以根據(jù)測試波形來調(diào)整驅(qū)動參數(shù)進(jìn)行調(diào)試。

注意：實(shí)際測試 SiC MOSFET Vgs 驅(qū)動波形時(shí)候，在對同一測試點(diǎn)進(jìn)行對比測量時(shí)，不要同時(shí)連接兩個(gè)探頭。額外的探頭會引入寄生參數(shù)，相互影響彼此的結(jié)果，導(dǎo)致你看到的波形不準(zhǔn)確。應(yīng)該分開單獨(dú)測量，然后對比存儲的波形。本文僅是對比光隔離探頭和高壓探頭效果對比，僅供參考。

總結(jié)

麥科信第三代光隔離探頭的最大優(yōu)勢核心在于一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)：共模抑制比 (CMRR)。它衡量了探頭在存在巨大干擾信號時(shí)，精確提取微小差分信號的能力。在 SiC 的雙脈沖測試中，尤其是在測量半橋電路的上管時(shí)，測的是柵極和源極之間十幾伏的驅(qū)動信號 (Vgs)，但測試點(diǎn)本身卻處在一個(gè)快速跳變的高壓(如 800V)之上。這個(gè)快速跳變的高壓就是一個(gè)巨大的共模干擾。

對于高壓探頭：它的 CMRR 會隨著頻率升高而急劇下降。當(dāng) SiC 器件在幾十甚至上百納秒內(nèi)完成電壓跳變時(shí)，高頻成分非常豐富，差分探頭此時(shí)無法有效抑制巨大的共模干擾，導(dǎo)致測出的 Vgs 波形嚴(yán)重失真，出現(xiàn)劇烈震蕩，甚至無法辨認(rèn)。

關(guān)于麥科信第三代光隔離探頭

麥科信第三代光隔離探頭MOIP系列融合獨(dú)家 ADHOMT 模數(shù)混合激光調(diào)制、光纖隔離與先進(jìn)激光供電技術(shù)，可365天×24小時(shí)不間斷精準(zhǔn)測試，避免電池供電需充電導(dǎo)致的中斷，具備85kV+ 隔離耐壓、180dB 超高共模抑制比、1GHz 帶寬、優(yōu)異幅頻特性，并實(shí)現(xiàn)零溫漂、免校準(zhǔn)、長期穩(wěn)定運(yùn)行，核心性能全面領(lǐng)先傳統(tǒng)高壓差分探頭與業(yè)內(nèi)其他光隔離方案，處于業(yè)界領(lǐng)先水平。