【導(dǎo)讀】SiC MOSFET具有出色的開關(guān)特性，但由于其開關(guān)過程中電壓和電流變化非常大，因此如Tech Web基礎(chǔ)知識(shí) SiC功率元器件“SiC MOSFET：橋式結(jié)構(gòu)中柵極－源極間電壓的動(dòng)作-前言”中介紹的需要準(zhǔn)確測(cè)量柵極和源極之間產(chǎn)生的浪涌。在這里，將為大家介紹在測(cè)量柵極和源極之間的電壓時(shí)需要注意的事項(xiàng)。我們將以SiC MOSFET為例進(jìn)行講解，其實(shí)所講解的內(nèi)容也適用于一般的MOSFET和IGBT等各種功率元器件，盡情參考。
本文的關(guān)鍵要點(diǎn)
?如果將延長(zhǎng)電纜與DUT引腳焊接并連接電壓探頭進(jìn)行測(cè)量，在開關(guān)速度較快時(shí)，觀察到的波形會(huì)發(fā)生明顯變化。
?受測(cè)量時(shí)所裝的延長(zhǎng)電纜的影響，觀察到的波形會(huì)與真正的原始波形完全不同。
?在觀測(cè)波形時(shí)，需要時(shí)刻注意觀察到的波形是否是真正的原始波形。
SiC MOSFET具有出色的開關(guān)特性，但由于其開關(guān)過程中電壓和電流變化非常大，因此如Tech Web基礎(chǔ)知識(shí) SiC功率元器件“SiC MOSFET：橋式結(jié)構(gòu)中柵極－源極間電壓的動(dòng)作-前言”中介紹的需要準(zhǔn)確測(cè)量柵極和源極之間產(chǎn)生的浪涌。在這里，將為大家介紹在測(cè)量柵極和源極之間的電壓時(shí)需要注意的事項(xiàng)。我們將以SiC MOSFET為例進(jìn)行講解，其實(shí)所講解的內(nèi)容也適用于一般的MOSFET和IGBT等各種功率元器件，盡情參考。
測(cè)量SiC MOSFET柵-源電壓：一般測(cè)量方法
電源單元等產(chǎn)品中使用的功率開關(guān)器件大多都配有用來(lái)冷卻的散熱器，在測(cè)量器件引腳間的電壓時(shí)，通常是無(wú)法將電壓探頭等直接安裝到器件引腳上的。因此，有時(shí)會(huì)將延長(zhǎng)電纜焊接到器件的引腳上，并在產(chǎn)品外殼外部連接電壓探頭進(jìn)行測(cè)量。
圖1為在ROHM評(píng)估板（P02SCT3040KR-EVK-001）上安裝散熱器并將電壓探頭與延長(zhǎng)電纜連接進(jìn)行測(cè)量時(shí)的示例。其中，將連接電壓探頭用的延長(zhǎng)電纜（長(zhǎng)約12cm）焊接到被測(cè)器件（DUT）的引腳上，并將延長(zhǎng)電纜絞合以抑制輻射噪聲的影響。使用這種測(cè)量方法，實(shí)施圖2所示的橋式結(jié)構(gòu)下的雙脈沖測(cè)試，并觀察波形。
圖1. 將電壓探頭與延長(zhǎng)電纜連接來(lái)測(cè)量柵-源電壓
圖2. 雙脈沖測(cè)試電路
在雙脈沖測(cè)試電路的高邊（HS）和低邊（LS）安裝ROHM的SiC MOSFET SCT3040KR，并使HS開關(guān)、LS始終OFF（柵極電壓=0V）。圖1所示的延長(zhǎng)電纜已經(jīng)直接焊接在HS的柵極引腳和源極引腳上。
圖3為測(cè)量到的柵-源電壓波形。當(dāng)外置柵極電阻RG_EXT為10Ω時(shí)，延長(zhǎng)電纜并沒有太大的影響，但當(dāng)將RG_EXT設(shè)置為3.3Ω并提高開關(guān)速度時(shí)，就會(huì)因電壓和電壓的變化而誘發(fā)噪聲和電路的高頻工作，導(dǎo)致測(cè)量到的波形發(fā)生了顯著變化。在該示例中，受測(cè)量用的延長(zhǎng)電纜的影響，測(cè)量?jī)x器中顯示的頻段范圍發(fā)生了變化，由于附加了額外的阻抗而導(dǎo)致觀察到的波形與真正的原始波形完全不同。
導(dǎo)通波形
關(guān)斷波形
圖3. 安裝延長(zhǎng)電纜測(cè)量到的柵-源電壓波形。與真正的原始波形完全不同。
需要注意的是，必須始終留意觀察到的波形是否是真正的原始波形，或者觀察到的波形是否由于某些影響因素而與原始波形不同。為此，不僅要知道如何進(jìn)行準(zhǔn)確的觀察，還要知道影響觀察的因素。
圖4是該測(cè)量所用的電壓差分探頭的等效電路（*1、*2）。通常，電壓探頭的頻率特性設(shè)置包括探頭的頭部。然而，如果在DUT的測(cè)量引腳上安裝延長(zhǎng)電纜的話，在觀察幾十ns的高速開關(guān)波形時(shí)，會(huì)在雜散電感LEXT和電壓探頭主體的輸入電容C之間引發(fā)諧振現(xiàn)象，從而產(chǎn)生疊加在原始電壓波形上的高頻電壓振鈴，這可能會(huì)導(dǎo)致觀察到的浪涌比實(shí)際的浪涌更大。
圖4. 電壓差分探頭的等效電路
*1. 參考資料：“ABCs of Probes” Application Note（No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月；“WaveLink Medium Bandwidth（8-13GHz）Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月
*2. 參考資料：“WaveLink Medium Bandwidth(8-13GHz) Differential Probe” Operator’s Manual（924243-00）TELEDYNE LECROY, 2014年5月
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