探头的连接方法

本文的关键要点

・探头的连接方法会给波形测量结果带来很大影响。

・如果延长线较长,在栅极引脚和源极引脚与测量夹具之间形成的环路会导致观察到的波形与真正的波形完全不同,因此,连接时要确保这个环路最小。

SiC MOSFET栅-源电压测量:探头的连接方法

如“一般测量方法”中所提到的,探头的连接方法对测量到的波形影响很大。为了确认这一点,下面我们将对常见的探头连接方法所造成的测量波形差异进行比较。

(a) 将探头直接与DUT引脚连接
(b) 剥离绞合线绝缘层,用线芯连接探头
(c) 给长绞线分别插入100Ω的阻尼电阻并连接探头
(d) 给短绞线分别插入100Ω的阻尼电阻并连接探头

(a)是将电压探头的头部直接与DUT引脚连接。(b)是将加工成绞合线的约12cm的延长线的一端与DUT引脚焊接在一起,并将另一端与电压探头的头部连接。(c)是在(b)延长线的中间插入100Ω的电阻。(d)是在将(b)的线长缩短为约4cm后的延长线中间插入100Ω的电阻。图5为实际使用的延长线,图6为连接探头后的状态。

実際の延長ケーブル。左から、(b) 12cmの延長ケーブル、(c) 12cmの延長ケーブル+100Ω、(d) 4cmの延長ケーブル+100Ω
图5. 实际的延长线

実際に各電圧プローブを取り付けた写真。上段左:(a) 直接接続、上段右:(b) 12cmの延長ケーブル、下段左:(c) 12cmの延長ケーブル+100Ω、下段右:(d) 4cmの延長ケーブル+100Ω
图6. 与各电压探头实际连接后的照片

图7是按照图6中(a)~(d)的连接方式实施双脉冲测试时的栅-源电压波形比较结果。当我们观测换流侧LS的栅-源电压时,可以看到不同的测量方法其波形有明显差异。

(a)在导通时,当HS MOSFET的开关工作开始、电流发生变化时,在穿透由图8所示的电压探头头部形成的环路内部的方向上会产生磁通量变化。而且,该磁通量变化还会在探头头部的环路中产生顺时针的电动势,因此可以看到,在观测到的波形中似乎出现了负浪涌。本来应该像(c)和(d)一样产生正向浪涌(*3)。

在(b)中,受高速开关影响,延长线的阻抗诱发振铃,可以观测到发生了较严重的浪涌。

図6の(a)~(d)の取り付け方によるダブルパルス試験でのゲート-ソース間電圧波形の比較。左:ターンオン波形、右:ターンオフ波形
图7. 按照图6中(a)~(d)的连接方法实施双脉冲测试时的栅-源电压波形比较

転流側プローブでの起電

图8. 换流侧探头的电动势

综上所述,在栅极引脚和源极引脚与测量夹具之间形成的环路会对主电路中的电流变化引起的磁通量变化发生感应,导致观测到的波形与真正的波形完全不同,因此要想观测到实际的波形,需要尽量缩短测量夹具与栅-源引脚之间形成的封闭环路。顺便提一下,在图6的(b)、(c)和(d)中,已将延长线与SiC MOSFET封装最近的引脚焊接在一起,因此形成的环路是最小的。

*3. 参考资料: “通过驱动源引脚改善开关损耗”应用指南(No. 62AN040ERev.002)ROHM Co., Ltd.,2020年4月

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