SiC正在被應用到功率更高、電壓更高的設計中，比如電動汽車(EV) 的馬達驅動器、電動汽車快速充電樁、車載和非車載充電器、風能和太陽能逆變器和工控電源。

SiC測試挑戰(zhàn)

功率系統(tǒng)設計人員在轉向SiC 時，會面臨一些問題的挑戰(zhàn)：

﹒測試設備能否準確地測量SiC系統(tǒng)的快速開關動態(tài)？

﹒怎樣才能準確地優(yōu)化門驅動性能和空轉時間？

﹒共模瞬態(tài)信號是否影響測量準確度？

﹒我看到的振鈴是真的嗎？還是探頭響應結果？

對工程師來說，解決這些挑戰(zhàn)非常難。還有一點，工程師需要準確地查看所有這些信號，才能及時做出正確的設計決策。提高設計裕量和過度設計，只會推動成本上升，讓性能下降。使用適當?shù)臏y量設備才是解決問題的關鍵。

重點介紹

時域測量和開關損耗計算的準確度，受到用來采集測量數(shù)據(jù)的探頭的準確度、帶寬和時延的影響。盡管這一討論的重點是示波器探頭之間的差異，但具體實現(xiàn)方式( 如布局、寄生信號和耦合) 也在測量準確度中發(fā)揮著關鍵作用。需要測量柵極電壓、漏極電壓、電流三個重要參數(shù)，才能正確驗證采用SiC 技術的功率模塊。

柵極電壓測量

測量SiC 功率器件的柵極電壓極具挑戰(zhàn)性，因為它是一種低壓信號(~20 Vpp)，參考的節(jié)點相對于示波器接地可能會有高DC 偏置和高dv/dt。此外，最大的dv/dt 發(fā)生在開關事件過程中，這是測量柵極信號時最關心的時間。即使是器件源極連接到接地的拓撲中，電路接地和示波器接地之間的寄生阻抗仍會由于快速瞬態(tài)信號而導致錯誤讀數(shù)。這要求測量設備從接地反耦，要有非常大的共模抑制比。這種柵極電壓測量在傳統(tǒng)上采用標準差分探頭（圖1a），而最新的光隔離探頭，如IsoVu 探測系統(tǒng)（圖1b），則可以大大提高這種測量的準確度。

圖1. (a)差分電壓探頭實例：泰克差分探頭THDP0200 探頭及附件；(b)泰克lsoVu TIVP1光隔離探頭(TIVPMX10X, ±50V傳感器尖端)。

圖2 比較了標準差分探頭與光隔離探頭進行的高側柵極電壓測量。不管是關閉還是打開，在器件柵極經(jīng)過閾值區(qū)域后，柵極上都可以看到高頻振鈴。由于柵極和功率環(huán)路之間的耦合，預計會出現(xiàn)部分振鈴。

但是，在差分探頭中，振鈴的幅度明顯要高于光隔離探頭測得的值。這可能是由于參考電壓變化在探頭內(nèi)部引起了共模電流及標準差分探頭的假信號。雖然圖2 中差分探頭測得的波形似乎通過了器件的最大柵極電壓，但光隔離探頭的測量準確度要更高，明確顯示器件位于規(guī)范范圍內(nèi)。

圖2. 差分探頭( 藍色軌跡) 與IsoVu 光隔離探頭( 黃色軌跡) 對比。

使用標準差分探頭進行柵極電壓測量的應用工程師要注意，因為其可能區(qū)分不了這里顯示的探頭和測量系統(tǒng)假信號與器件額定值實際違規(guī)。這種測量假信號可能會導致設計人員提高柵極電阻，降慢開關瞬態(tài)信號，減少振鈴。但是，這不一定會提高SiC 器件的損耗。為此，使用的測量系統(tǒng)一定要能準確地反映器件的實際動態(tài)，以正確設計系統(tǒng)，優(yōu)化性能。

漏極電壓測量

在功率電子系統(tǒng)中，差分探頭和參考地電平探頭是兩種常用的電壓測量方法。差分探頭是一種流行的選擇，因為它可以毫無問題地添加到電路的任意節(jié)點中。而參考地電平探頭要注意實現(xiàn)方式，因為其屏蔽引腳連接到示波器的接地上。參考地電平測量實現(xiàn)不正確，一般會導致探頭參考上出現(xiàn)小的接地電流，明顯降低測量的準確度。

這種效應在SiC 設計中會更明顯，因為高dv/dt會給示波器探頭參考地電平引入寄生電流，導致測量誤差。在更嚴重的情況下( 參考地電平屏蔽層連接到功率信號時)，大電流會流過接地，損壞探頭或示波器。在最壞的情況下，從儀器到接地的連接失敗會導致示波器的外部金屬殼浮動到總線電壓，給操作人員的人身安全帶來嚴重威脅。