測(cè)不對(duì)SiC MOSFET驅(qū)動(dòng)波形六大原因

(本文轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)：功率器件顯微鏡)

開(kāi)關(guān)特性是功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件最重要的特性之一，由器件在開(kāi)關(guān)過(guò)程中的驅(qū)動(dòng)電壓、端電壓、端電流表示。一般在進(jìn)行器件評(píng)估時(shí)可以采用雙脈沖測(cè)試，而在電路設(shè)計(jì)時(shí)直接測(cè)量在運(yùn)行中的變換器上的器件波形，為了得到正確的結(jié)論，獲得精準(zhǔn)的開(kāi)關(guān)過(guò)程波形至關(guān)重要。

SiC MOSFET相較于Si MOS和IGBT能夠顯著提高變換器的效率和功率密度，同時(shí)還能夠降低系統(tǒng)成本，受到廣大電源工程師的青睞，越來(lái)越多的功率變換器采用基于SiC MOSFET的方案。SiC MOSFET與Si開(kāi)關(guān)器件的一個(gè)重要區(qū)別是它們的柵極耐壓能力不同，Si開(kāi)關(guān)器件柵極耐壓能力一般都能夠達(dá)到±30V，而SiC MOSFET柵極正壓耐壓能力一般在+20V至+25V，負(fù)壓耐壓能力一般僅有-3V至-10V。同時(shí)，SiC MOSFET開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)過(guò)程中柵極電壓更容易發(fā)生震蕩，如果震蕩超過(guò)其柵極耐壓能力，則有可能導(dǎo)致器件柵極可靠性退化或直接損壞。

很多電源工程師剛剛接觸SiC MOSFET不久，往往會(huì)在驅(qū)動(dòng)電壓測(cè)量上遇到問(wèn)題，即測(cè)得的驅(qū)動(dòng)電壓震蕩幅值較大、存在與理論不相符的尖峰，導(dǎo)致搞不清楚是器件的問(wèn)題還是電路設(shè)計(jì)的問(wèn)題，進(jìn)而耽誤開(kāi)發(fā)進(jìn)度。

接下來(lái)我們將向您介紹六種由于測(cè)試問(wèn)題而導(dǎo)致的驅(qū)動(dòng)電壓離譜的原因。

原因1：高壓差分探頭衰減倍數(shù)過(guò)大

高壓差分探頭的為差分輸入且輸入阻抗高，在電源開(kāi)發(fā)過(guò)程中一般都會(huì)選擇它來(lái)測(cè)量驅(qū)動(dòng)波形。

有時(shí)在使用高壓差分探頭時(shí)獲得的驅(qū)動(dòng)波形顯得非常粗，這往往是由于高壓差分探頭的衰減倍數(shù)過(guò)大導(dǎo)致的。衰減倍數(shù)大，高壓差分探頭的量程就大，使得分辨率大幅下降，同時(shí)示波器在還原信號(hào)時(shí)還會(huì)將噪聲放大。此時(shí)就需要選擇衰減倍數(shù)較小的高壓差分探頭或選擇高壓差分探頭衰減比較小的檔位。我們使用下圖中的高壓差分探頭測(cè)量驅(qū)動(dòng)電壓，衰減倍數(shù)分別選擇50倍和500倍，在下圖中可以明顯到500倍衰減倍數(shù)下驅(qū)動(dòng)波形非常粗。

50倍與500倍衰減波形對(duì)比

示意圖為泰克高壓差分探頭

原因2：高壓差分探頭測(cè)量線未雙絞

高壓差分探頭一般用于測(cè)量高壓信號(hào)，為了使用安全及方便接線，其前端是兩根接近20cm的測(cè)量線。在進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以將兩根測(cè)量線看作為一個(gè)天線，會(huì)接收外界的磁場(chǎng)信號(hào)。而SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)過(guò)程電流變化速率大，其產(chǎn)生的磁場(chǎng)穿過(guò)由高壓差分探頭測(cè)量線形成的天線時(shí)就會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。

為了降低這一影響，可以將高壓差分探頭的兩根測(cè)量線進(jìn)行雙絞，盡量減小它們圍成的面積。從下圖中可以看到，在將測(cè)量線未雙絞進(jìn)行雙絞后，驅(qū)動(dòng)電壓波形的震蕩幅度明顯降低了。

是否雙絞的波形對(duì)比

原因3：無(wú)源探頭未進(jìn)行阻抗匹配

阻抗匹配與未阻抗匹配波形對(duì)比

無(wú)源探頭衰減倍數(shù)小、帶寬高，往往可以在雙脈沖測(cè)試時(shí)用來(lái)獲得更為精準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)電壓波形。無(wú)源探頭的等效電路如下所示，只有當(dāng)其與示波器達(dá)到阻抗匹配時(shí)才能獲得正確的波形。一般情況下，我們可以通過(guò)旋轉(zhuǎn)無(wú)源探頭尾部的旋鈕調(diào)節(jié)電容來(lái)進(jìn)行阻抗匹配調(diào)節(jié)，此外還有部分探頭能夠在示波器上完成自動(dòng)補(bǔ)償。