測不對SiC MOSFET驅(qū)動波形六大原因

(本文轉(zhuǎn)載自公眾號：功率器件顯微鏡)

開關特性是功率半導體開關器件最重要的特性之一，由器件在開關過程中的驅(qū)動電壓、端電壓、端電流表示。一般在進行器件評估時可以采用雙脈沖測試，而在電路設計時直接測量在運行中的變換器上的器件波形，為了得到正確的結(jié)論，獲得精準的開關過程波形至關重要。

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，同時還能夠降低系統(tǒng)成本，受到廣大電源工程師的青睞，越來越多的功率變換器采用基于SiC MOSFET的方案。SiC MOSFET與Si開關器件的一個重要區(qū)別是它們的柵極耐壓能力不同，Si開關器件柵極耐壓能力一般都能夠達到±30V，而SiC MOSFET柵極正壓耐壓能力一般在+20V至+25V，負壓耐壓能力一般僅有-3V至-10V。同時，SiC MOSFET開關速度快，開關過程中柵極電壓更容易發(fā)生震蕩，如果震蕩超過其柵極耐壓能力，則有可能導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，往往會在驅(qū)動電壓測量上遇到問題，即測得的驅(qū)動電壓震蕩幅值較大、存在與理論不相符的尖峰，導致搞不清楚是器件的問題還是電路設計的問題，進而耽誤開發(fā)進度。

接下來我們將向您介紹六種由于測試問題而導致的驅(qū)動電壓離譜的原因。

原因1：高壓差分探頭衰減倍數(shù)過大

高壓差分探頭的為差分輸入且輸入阻抗高，在電源開發(fā)過程中一般都會選擇它來測量驅(qū)動波形。

有時在使用高壓差分探頭時獲得的驅(qū)動波形顯得非常粗，這往往是由于高壓差分探頭的衰減倍數(shù)過大導致的。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，同時示波器在還原信號時還會將噪聲放大。此時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量驅(qū)動電壓，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)動波形非常粗。

50倍與500倍衰減波形對比

示意圖為泰克高壓差分探頭

原因2：高壓差分探頭測量線未雙絞

高壓差分探頭一般用于測量高壓信號，為了使用安全及方便接線，其前端是兩根接近20cm的測量線。在進行測量時，可以將兩根測量線看作為一個天線，會接收外界的磁場信號。而SiC MOSFET的開關速度快，開關過程電流變化速率大，其產(chǎn)生的磁場穿過由高壓差分探頭測量線形成的天線時就會影響測量結(jié)果。

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

是否雙絞的波形對比

原因3：無源探頭未進行阻抗匹配

阻抗匹配與未阻抗匹配波形對比

無源探頭衰減倍數(shù)小、帶寬高，往往可以在雙脈沖測試時用來獲得更為精準的驅(qū)動電壓波形。無源探頭的等效電路如下所示，只有當其與示波器達到阻抗匹配時才能獲得正確的波形。一般情況下，我們可以通過旋轉(zhuǎn)無源探頭尾部的旋鈕調(diào)節(jié)電容來進行阻抗匹配調(diào)節(jié)，此外還有部分探頭能夠在示波器上完成自動補償。