什么是高压差分探头？

使用任何示波器探头时，您需要连接到电路上的两个点来测量它们之间的电压差。 对于单端探头，其中一个点必须是“地”，该点主要通过示波器连接到大地。但是，单端探头的问题之一是，当承载信号的导线拾取电背景噪声时，可能会遇到噪声或接地反弹问题。

                                                                                   单端探头=参考地

探头当使用任何探头时，需要将两个探针输入连接到一个电路，以测量它们之间的电压差。

示波器探头单端测量是指输入信号与地之间的电压差。对于单端探头，其中一个点必须“接地”。差值被输入到示波器的输入。单端输入可能会受到噪声或地面反弹问题，因为携带信号的导线拾取了电子背景噪声。

什么是高压差分探头？

高压差分探头是一种用于电力电气工程、电子通信技术、航空航天科技的测量仪器，采用专用电源模块使高压探头具有更高的稳定性和较低的噪声，高精度的高压探头内部元件采用极低的温度系数和电压系数，可提供很高的测试精度，所有有源高压差分探头的输出阻抗为50，可用于所有示波器和电压表。

高压差分探头差分放大原理

高压差分探头差分放大原理是指将一对信号同时输入放大电路，然后减去得到原始信号。差分放大器是通过直接耦合由两个具有相同参数特性的晶体管组成的放大器。如果在两个输入端输入相同大小、相同相位的信号，则输出为零，从而克服了零漂移。你可以把任何两个浮点信号转换成一个信号到地面，为了提供示波器、仪表或计算机使用，很多电路，特别是电机电路，包括直流补偿或交流补偿，甚至根本没有接地电路，此时使用示波器会引起电击，或损坏示波器，或引起电线火灾，此时使用差分探头才是更好的选择。

高压差分探头具有自动保存功能，可防止用户停电后重复工作，具有良好的共模噪声抑制能力，输入端输入阻抗高，电容低，可高速准确测量差分电压信号。

具有声光报警功能，可手动关闭声音报警功能，更人性化设计；USB电源接口，使用更加方便灵活；探头配有标准BNC输出接口，可与任何厂家的示波器配合使用，测量波形测量电路。

KEYSIGHT 差分探头经过DSP校正，具有平坦的幅度和相位响应，可提供最高的精度。 选择校正到的带宽通常约为3dB的未校正带宽。 通常，将带宽扩展到远远超过该3dB带宽频点将增加本底噪声，如果进一步加大带宽，则可能导致不真实的镜像噪声信号。

什么是差分测量？

电源测试中大多数电压测试是浮地测试，需要用差分探头测试。

很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时，刚开机电源产品就“炸机”，甚至示波器也发生损坏。

这是因为示波器探头之间是共地的，在同时测量电源原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一根探头接副边的地，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起，这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头，甚至是损坏示波器。所以，在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头，一侧选用无源单端探头或有源单端探头。

                                                                                 差分测量 = 非接地测量

如果您想测量两点之间的电压差，但两点都不“接地”怎么办？ 您将需要一个没有“接地”连接的探头。 这称为差分探头。 在这个电路中，中间的电阻两边都不为 0V，所以它是“浮动”的，这意味着如果我们使用单端探头测量它的电压，电路就会接地—儀器会受到损坏！

你需要一个能很好测量非接地信号的探头。

差分探头的主要优点是高的共模噪声抑制，因为噪声被同时加到两根导线上，然后可以被差分放大器的共模抑制滤波掉。

差分探头

那么，共模抑制比是什么意思？

共模抑制比CMRR 定义是差分增益和共模增益的功率比。它意味着在差动探头的输出中会出现多少共模信号。

60Hz时80dB CMRR是什么意思？

這也就是10000:1的Vout/Vin振幅比，这意味着两个引线共同的1000V, 60hz正弦波共模噪声将减少到100mV (=1000V * 1/10,000)转移到示波器。

如何防止差分探头防止烧坏示波器？

电源测试中大多数电压测试是浮地测试，需要用差分探头测试。

很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时，刚开机电源产品就“炸机”，甚至示波器也发生损坏。这是因为示波器探头之间是共地的，在同时测量电源原边和副边的时候，如果用一根探头接原边的地，另一根探头接副边的地，相当于把电源的原边和副边的地短路在一起，这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头，甚至是损坏示波器。所以，在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头，一侧选用无源或有源单端探头。

常见的高压差分探头共模耐压与衰减比有关，影响测试结果。

市面上高压差分探头存在的问题是共模耐压会随着衰减比的变化而变化。

图  市面上高压差分探头共模耐压和衰减比

这就给上管Vgs的测试带来很大的问题，比如某型号差分探头在100:1的衰减比下差模耐压和共模耐压都是700V，非常适合AC转DC相关拓扑的500V-600V耐压功率器件Vds电压测试。

但是，当我们需要测试Vgs电压的波形时，为了得到更高的测试精度，更小的垂直刻度，需要把衰减比调整到10:1。但在10:1衰减比下，该探头的共模耐压会降低到70V，因此不能用于上管Vgs的测试，如果需要测试上管Vgs电压波形，就只能用100:1，这样会使Vgs的测试结果误差非常的大。

大多商用高压差分探头带宽不到300MHz，不能满足测试需求。

随着电源工作频率的不断提高，工程师已经开始采用高频功率开关和整流器技术。从传统平面或沟槽MOSFET开关的上升/下降时间为30ns到60ns发展到超结MOSFET、GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率开关的开关时间不到5ns。为观察如此快速的信号变化，通常需要足够带宽的测量系统。

根据前面对测量系统带宽的介绍，我们知道带宽要足够不仅是示波器的带宽要足够，探头的带宽也要足够。多年来示波器发展迅速，当前实时示波器最大带宽已达到110GHz带宽，而示波器探头一直是测量系统的瓶颈。

所以，一般示波器带宽不会选错，基本上来说如果是AC转DC的硅基MOSFET管，100MHz的带宽就够了。如果是IGBT，需要50MHz到100MHz带宽。对于低压的MOSFET管（DC转DC）则需要200MHz带宽。如果是SiC材料的测试，带宽一般要200 MHz左右，GaN材料则需要400MHz的带宽。

我们前面提到的带宽的需求，比如GaN需要400MHz带宽，不是仅仅指示波器的带宽，而是说整个测量系统的带宽，包括示波器、探头、以及延长线。从被测设备到示波器之间的任何一个环节都会影响测试系统的带宽。所以说，如果我们测试系统需要400MHz的带宽，那么我们的探头也至少是400MHz的带宽。遗憾的是，大多数商用的电压差分探头无法在这么高的频率下工作。

GaN材料MOSFET管测试需要高带宽高压差分探头测试。

图   第三代半导体主要应用范围

GaN材料主要应用于偏低压应用例如800V以下的应用，像高功率密度DC/DC电源的40V-200V增强性高电子迁移率异质节晶体管（HEMT）和600V HEMT混合串联开关。当然现在也有800V以上的一些应用也是用GaN材料的。在这些应用中需要选用高压差分探头进行测试。

SiC材料测试中高温测试需求增多，需要宽温度范围的探头。

SiC材料主要偏向高压的应用。因其具有承受高温（300℃左右温度是没有问题的）的特点主要应用场景是在汽车和光伏逆变器等领域。这些器件的应用会对整个电源系统有很大的改进。

专为进行精确的高压功率测量而设计高压差分探头DP0001A具有哪些具体性能？

图   DP0001A高压差分探头

DP0001A是一款400MHz高压差分探头，专为进行精确的高压功率测量而设计。

DP0001A具有2kV主电源隔离度或1kV CATIII额定工作电压，可以满足当今WBG电力设备测试、功率转换器或电机驱动器的测试需求。DP0001A探头的特点是带宽高、负载效应低。因此可以精确测量现代开关电源中边沿速度（10％-90％）最快达1.2ns的1kV瞬态脉冲。

DP0001A探头其共模抑制比（CMRR）超过90dB，能够显著简化噪声较大的高共模功率电子环境所面临的测量难题。相比传统的IGBT，高压硅基MOSFET等，SiC和GaN宽禁带功率器件具有更快的开关速度，因此也需要更高的测试带宽。DP0001A高压差分探头能够以400MHz的带宽提供2KV的测试电压范围，很好的解决了宽禁带功率器件带来的测试挑战。