探头头部的安装位置

关键要点

・除了测量位置之外,探头的安装位置也很重要。

・如果不慎将电压探头安装在磁通量急剧变化的空间内,就会受到磁通量变化的影响,而体现在观测波形上。

SiC MOSFET栅-源电压测量:探头头部的安装位置

除了此前提到的测量位置之外,还有一个必须要注意的要点,那就是探头头部的安装位置。

通常,在功率开关器件的使用环境中,会对几十到几百安培的电流进行高速开关,所以因电流变化di/dt而产生的磁通量变化dΦ/dt非常大。另外,电压变化dv/dt也非常大,电压非常高,所以电压变化时所流电流的变化也不容小觑。

如果不慎将电压探头安装在这种磁通量急剧变化的空间中,探头的头部就会受到磁通量变化的影响,并且这种影响可能会叠加在最终波形上。下面比较了4种安置方法所检测出来的开关波形。

(a) 主电路环路的内侧
(b) 主电路环路的外侧最近处
(c) 主电路环路的外侧,用绞合线拉开12cm距离
(d) 主电路环路的外侧,用绞合线拉开12cm距离+100Ω

图11中列出了(a)~(d)四种探头头部安装位置的差异,并用箭头画出了主电路环路的电流路径。

プローブヘッド部の設置場所と主回路ループの電流経路
图 11. 探头头部安装位置和主电路环路的电流路径

(a)是将探头安装在主电路环路的内侧,dΦ/dt最大的位置;(b)是将探头安装在主电路环路的外侧,由于是外侧最近的位置,所以也是dΦ/dt较大的位置;(c)和(d)是用延长线拉开与主电路环路的距离,将探头安装在尽量免受dΦ/dt影响的位置。不同的是(d)中加了一个100Ω的阻尼电阻。

图12是在上述4种安装方法下观测到的栅-源电压波形。

プローブヘッドの設置場所による測定波形の違い
图12. 探头头部安装位置对最终波形的影响

从LS的波形看,可以看到在磁通量变化最大的(a)处,在与开关动作相同的时间点发生了浪涌,可见受辐射噪声的影响很大。另外,由于延长线电感的影响,(c)的波动比(b)还要大。从结果看,在延长线中插入100Ω阻尼电阻的(d)成功抑制了振铃,波动最小。

在这个测试中,由于HS在执行开关工作,因此LS的栅极电压始终处于关断状态 (0V),所以完全没有驱动电流流向栅极引脚,可以认为容易受到磁通量变化的影响。而HS则由于在开关工作期间,有驱动用的充电电流流入SiC MOSFET的栅极引脚而不容易受到磁通量变化的影响,因此可以认为其波形不像LS那样紊乱。

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