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开关特性是功率半导体开关设备最重要的特性之一，由开关过程中的驱动电压、端电压和端电流表示。一般来说，双脉冲测试可用于设备评估，而在电路设计中直接测量运行中变换器上的设备波形。为了得出正确的结论，获得准确的开关过程波形是非常重要的。

SiC MOSFET相较于 Si MOS 和 IGBT 它可以显著提高变换器的效率和功率密度，但也可以降低系统成本，受到大多数电力工程师的青睐，越来越多的功率变换器基于 SiC MOSFET 的方案。SiC MOSFET 与 Si 开关设备的一个重要区别是它们的栅极耐压性不同，Si 开关器件栅的极耐压性一般都能达到 ±30V，而 SiC MOSFET 栅 极 正 压 耐 压 能 力 一 般 在 20V 至 25V，一般来说，负压耐压能力只有负压耐压能力 -3V 至 -10V。同时，SiC MOSFET 开关速度快，开关过程中栅极电压更容易振动。如果振动超过其栅极耐压性，可能会导致设备栅极可靠性退化或直接损坏。

许多电源工程师刚刚接触到许多电源工程师 SiC MOSFET 在不久的将来，驱动电压测量经常遇到问题，即驱动电压振幅值大，峰值与理论不一致，导致设备问题或电路设计问题，延误开发进度。

接下来，我们将向您介绍 6 由测试问题引起的驱动电压离谱。

原因1：高压差探头衰减倍数过大

在电源开发过程中，通常选择高压差分探头来测量驱动波形。有时使用高压差分探头时获得的驱动波形非常粗糙，这通常是由于高压差分探头的衰减倍数过大造成的。衰减倍数大，高压差探头量程大，分辨率大大降低，示波器还原信号时噪声放大。此时需要选择衰减倍数较小的高压差分探头或高压差分探头衰减较小的档位。我们使用图 1 驱动电压由高压差探头测量，衰减倍数分别选择 50 倍和 500 倍，可以在下图中明显看到 驱动波形在500倍衰减倍数下非常厚。

图1 泰克高压差探头示意图

图2 50倍和500倍Infineon代理对比

原因2：高压差探头测量线未双绞线

高压差分探头一般用于测量高压信号。为了安全方便接线，前端有两个接近 20cm的测量线。测量时，可以将两条测量线视为天线，接收外部磁场信号。而SiC MOSFET 开关速度快，开关过程电流变化速率大，磁场通过高压差探头测量线形成的天线会影响测量结果。为了减少这种影响，可以双绞高压差分探头的两条测量线，尽量减少其周围的面积。从图 4 可此可见，驱动电压波形的振荡幅度在测量线未双绞后明显降低。

图3 差异探头是否双绞

图4 是否对双绞波形进行比较

原因3：无源探头未进行阻抗匹配

无源探头具有较小的衰减倍数和较高的带宽，通常用于在双脉冲测试中获得更准确的驱动电压波形。无源探头的等效电路如下所示，只有当它与示波器达到阻抗匹配时才能获得正确的波形。一般来说，我们可以通过旋转无源探头尾部的旋钮来调整电容器，一些探头可以在示波器上完成自动补偿。

驱动电压为 -4V/ 15V 时，通过图 8 可以看出，正确的补偿是否对测量结果有很大的影响。当探头未进行阻抗匹配时，驱动波振荡范围明显增大，测量值较大，导致对驱动电压的误判。当探头正确阻抗匹配时，驱动电压振幅较小，测量值与实际外加电压一致。

图6 泰克无源探头

图7 无源探头等效示意图

图8 阻抗匹配与未阻抗匹配的波形对比

原因4：无源探头未使用最小环路测量

无源探头标准接地线接近 10cm 长，当使用这样的接地线时，会有一个像高压差探头一样的探头，即测量线被一个大面积包围，成为天线，测量结果会受到影响 SiC MOSFET 高速变化电流在开关过程中的影响。同时，过长的接地线可视为电感，也会引起冲击。

为了减少这种影响，可以使用厂家标准的弹簧接地针，长度短，周围面积小。 10 可以看出，使用标准接地线时，驱动波形振荡严重，峰值最大 xxV，超过了 SiC MOSFET栅极耐压；使用弹簧接地针时，波形振荡大大降低，振幅值为 SiC MOSFET 在栅极耐压范围内。

图9 示波器有长接地线和短弹簧地线

图10 长接地线与短弹簧地线波形对比

原因5：探头高频共模抑制比不够

桥式电路中的上管 SiC MOSFET，其 S 在桥臂中点，其电压在电路工作时跳变。跳变幅度为电路母线电压，对于 1200V SiC MOSFET 母线电压为 800V；其跳变速度为 SiC MOSFET 可达到开关速度 100V/ns。为了测量上管的驱动电压，需要面对如此高的值和高速跳变的共模电压。

图11 泰克光隔离探头ISOVu

从图 12 在第一个脉冲中，当使用常见的高压差探头时，驱动波形振荡更大 Ton在 Toff 时间内有偏差，第二脉冲上升沿有严重冲击。这主要是由于高频下高压差分探头的共模抑制比不造成的。此时，我们需要使用具有较高共模抑制比的光隔离探头来测量上管驱动电压波形。

从图 12 可以看出，当采用光隔离探头时，波冲击显著减少，第二脉冲上升边缘的严重冲击消失，电压测量值接近关闭时间内的实际外加电压。

图12 光隔离探头与高压差分探头的波形比较

原因6:测量点离器件引脚根部太远

探头不能直接测量驱动电压波形 触 到 SiC MOSFET 芯 片， 而 只 是 能 接 到 在设备的引脚上。设备的引脚可以看作是电感，所以我们实际测量的驱动电压是真正的栅 - 引脚电感上的压降之和在源极电压和测量点之间。测量点之间的引脚长度越长，测量结果和 SiC MOSFET芯片上的真正格栅-源极电压差越大。

图13 4pin图片及等效示意图

为了减少这种影响，探头需要连接到设备引脚的根部，以最大限度地缩短测量点之间。 14 可此可见，当测量点位于引脚根部时，开启驱动波形振荡幅值和振荡频率明显降低，关闭驱动波形振荡幅值也明显降低。

图14 探头接触脚根，远离根

图15 引脚与远离根的波形对比