【技术】SiC MOSFET栅-源电压测量：在桥式结构中的注意事项－探头的CMRR篇

时间： 2023-02-03 来源：罗姆R课堂

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关键要点

・在对桥式结构中的HS MOSFET进行测试时，所用探头的共模抑制比（CMRR）在高频区域可能会降低，波形波动可能会增加。

・尤其是在测量VGS时，涉及到测量数伏级的浪涌，因此需要区分观测到的波形是原始波形还是CMRR不足引起的波动波形。

・光隔离差分探头的CMRR频率特性非常好，可观测到原始波形。

SiC MOSFET栅-源电压测量：在桥式结构中的注意事项－探头的CMRR

在对桥式结构中的高边（HS）MOSFET进行测试时，通常使用高压差分探头或差分探头（*4）来观测波形，但所用探头的共模抑制比（CMRR）在高频区域可能会降低，波形波动可能会增加。尤其是在测量栅-源电压VGS时，涉及到测量几伏级的浪涌，因此需要区分观测到的波形是原始波形还是CMRR不足引起的波动波形。

图13为在桥式结构中HS开关时和LS开关时的波形比较。所用的差分电压探头是日本横河（YOKOGAWA）公司生产的701297（150MHz，1400V）。通过对比波形可以看出，LS开关时的换流侧（HS）VGS波动较大。这是由于当换流侧以20～50V/ns的高速dV/dt变化时，探头的CMRR降低而引起的。

图13. HS开关时和LS开关时的VGS波形比较

图14是旨在确认这个原理而对差分电压探头的CMRR性能进行测试的结果。该测试是将电压探头头部的正极和负极分别连接到HS和LS的Driver Source引脚进行测试的。这种测试方法在泰克（Tektronix）的应用指南“ABCs of Probes”(*5)中有详细介绍，请参考。

图14. 隔离型电压探头的CMRR性能

在图14中，导通时和关断时的波形中，在Driver Source引脚的电位处，HS和LS均在开关时出现电压波动。然而，在开关动作结束后，LS恢复到了开关前的状态，而HS则残留了一定电位。这就是造成CMRR误差的原因。这种残余电位会随着时间的流逝（数微秒）而消失。在本次测试中，Driver Source引脚的电位在VDS上升时向负侧变化，在VDS下降时向正侧变化，不过受差分探头特性的影响，有时也会向相反的方向变化。最近，测量设备制造商推出了一种光隔离差分探头，它不受CMRR的影响，作为可以准确测量波形的有效解决方案而备受关注。

下面介绍一下光隔离差分探头与普通高压差分探头之间的性能差异。光隔离差分探头是采用泰克（Tektronix）IsoVu®技术的、由泰克生产的产品（TIVH08、MMCX50X）。

用于测试的电路板（P02SCT3040KR-EVK-001）上，有用来安装MMXC连接器的图案，该连接器可以连接光隔离探头。如图15所示，在测试时，同时连接了光隔离探头和普通的高压差分探头。正如此前介绍过的，为了尽可能地消除测量位置和差分电压探头的安装位置对波形造成的影响，电压探头的测量位置是在SiC MOSFET正下方焊接了一根短的延长线，并连接了一个100Ω的阻尼电阻。图16为两种探头的栅-源电压VGS波形。

图15. 光隔离差分探头（下）与普通的高压差分探头（上）

图16. 使用光隔离差分探头和普通的高压差分探头观测到的HS开关时的VGS波形和CMRR性能比较

由于HS正在执行开关动作，因此HS的栅-源电压VGS由于普通高压差分探头的CMRR降低而导致在导通后超过18V驱动电压，并在关断后降至0V以下（绿线）。而光隔离探头在18V和0V处没有显示出可能受CMRR影响的波动，由此可以认为采用光隔离探头能够观测到准确的开关工作波形。

从图17所示的CMRR频率特性比较中也可以看出这些结果（*4，*6）。从图中可以看出，与高压差分探头相比，光隔离探头的CMRR频率特性要好得多，就连数十MHz的共模噪声都可以消除干净。

图17. 光隔离差分探头与普通高压差分探头之间的CMRR特性比较

IsoVu®是泰克（Tektronix）公司的注册商标。
*4. 参考资料：“逆变电路的评估方法”应用指南（V1.3）岩崎通信机株式会社，2018年12月
*5. 参考资料：“ABCs of Probes” Application Note (No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月
*6. 参考资料：“Complete ISOLATION Extreme COMMON MODE REJECTION” White Paper（0/16 51W-60485-1）Tektronix, 2016

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