在橋式結構中的注意事項 — 探頭的CMRR

在對橋式結構中的高邊（HS）MOSFET進(jìn)行測試時(shí)，通常使用高壓差分探頭或差分探頭（*4）來(lái)觀(guān)測波形，但所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區域可能會(huì )降低，波形波動(dòng)可能會(huì )增加。尤其是在測量柵-源電壓VGS時(shí)，涉及到測量幾伏級的浪涌，因此需要區分觀(guān)測到的波形是原始波形還是CMRR不足引起的波動(dòng)波形。

關(guān)鍵要點(diǎn)

?在對橋式結構中的HS MOSFET進(jìn)行測試時(shí)，所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區域可能會(huì )降低，波形波動(dòng)可能會(huì )增加。

?尤其是在測量VGS時(shí)，涉及到測量數伏級的浪涌，因此需要區分觀(guān)測到的波形是原始波形還是CMRR不足引起的波動(dòng)波形。

?光隔離差分探頭的CMRR頻率特性非常好，可觀(guān)測到原始波形。

SiC MOSFET柵-源電壓測量：在橋式結構中的注意事項探頭的CMRR

在對橋式結構中的高邊（HS）MOSFET進(jìn)行測試時(shí)，通常使用高壓差分探頭或差分探頭（*4）來(lái)觀(guān)測波形，但所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區域可能會(huì )降低，波形波動(dòng)可能會(huì )增加。尤其是在測量柵-源電壓VGS時(shí)，涉及到測量幾伏級的浪涌，因此需要區分觀(guān)測到的波形是原始波形還是CMRR不足引起的波動(dòng)波形。

圖1為在橋式結構中HS開(kāi)關(guān)時(shí)和LS開(kāi)關(guān)時(shí)的波形比較。所用的差分電壓探頭是日本橫河（YOKOGAWA）公司生產(chǎn)的701297（150MHz，1400V）。通過(guò)對比波形可以看出，LS開(kāi)關(guān)時(shí)的換流側（HS）VGS波動(dòng)較大。這是由于當換流側以20～50V/ns的高速dV/dt變化時(shí)，探頭的CMRR降低而引起的。

圖1. HS開(kāi)關(guān)時(shí)和LS開(kāi)關(guān)時(shí)的VGS波形比較

圖2是旨在確認這個(gè)原理而對差分電壓探頭的CMRR性能進(jìn)行測試的結果。該測試是將電壓探頭頭部的正極和負極分別連接到HS和LS的Driver Source引腳進(jìn)行測試的。這種測試方法在泰克（Tektronix）的應用指南“ABCs of Probes”(*5)中有詳細介紹，請參考。

圖2. 隔離型電壓探頭的CMRR性能

在圖2中，導通時(shí)和關(guān)斷時(shí)的波形中，在Driver Source引腳的電位處，HS和LS均在開(kāi)關(guān)時(shí)出現電壓波動(dòng)。然而，在開(kāi)關(guān)動(dòng)作結束后，LS恢復到了開(kāi)關(guān)前的狀態(tài)，而HS則殘留了一定電位。這就是造成CMRR誤差的原因。這種殘余電位會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的流逝（數微秒）而消失。在本次測試中，Driver Source引腳的電位在VDS上升時(shí)向負側變化，在VDS下降時(shí)向正側變化，不過(guò)受差分探頭特性的影響，有時(shí)也會(huì )向相反的方向變化。最近，測量設備制造商推出了一種光隔離差分探頭，它不受CMRR的影響，作為可以準確測量波形的有效解決方案而備受關(guān)注。

下面介紹一下光隔離差分探頭與普通高壓差分探頭之間的性能差異。光隔離差分探頭是采用泰克（Tektronix）IsoVu?技術(shù)的、由泰克生產(chǎn)的產(chǎn)品（TIVH08、MMCX50X）。

用于測試的電路板（P02SCT3040KR-EVK-001）上，有用來(lái)安裝MMXC連接器的圖案，該連接器可以連接光隔離探頭。如圖3所示，在測試時(shí)，同時(shí)連接了光隔離探頭和普通的高壓差分探頭。正如此前介紹過(guò)的，為了盡可能地消除測量位置和差分電壓探頭的安裝位置對波形造成的影響，電壓探頭的測量位置是在SiC MOSFET正下方焊接了一根短的延長(cháng)線(xiàn)，并連接了一個(gè)100Ω的阻尼電阻。圖4為兩種探頭的柵-源電壓VGS波形。

圖3. 光隔離差分探頭（下）與普通的高壓差分探頭（上）

圖4. 使用光隔離差分探頭和普通的高壓差分探頭

觀(guān)測到的HS開(kāi)關(guān)時(shí)的VGS波形和CMRR性能比較

由于HS正在執行開(kāi)關(guān)動(dòng)作，因此HS的柵-源電壓VGS由于普通高壓差分探頭的CMRR降低而導致在導通后超過(guò)18V驅動(dòng)電壓，并在關(guān)斷后降至0V以下（綠線(xiàn)）。而光隔離探頭在18V和0V處沒(méi)有顯示出可能受CMRR影響的波動(dòng)，由此可以認為采用光隔離探頭能夠觀(guān)測到準確的開(kāi)關(guān)工作波形。

從圖5所示的CMRR頻率特性比較中也可以看出這些結果(*4，*6) 。從圖中可以看出，與高壓差分探頭相比，光隔離探頭的CMRR頻率特性要好得多，就連數十MHz的共模噪聲都可以消除干凈。

圖5. 光隔離差分探頭與普通高壓差分探頭之間的CMRR特性比較

IsoVu?是泰克（Tektronix）公司的注冊商標。

*4. 參考資料：“逆變電路的評估方法”應用指南（V1.3）巖崎通信機株式會(huì )社，2018年12月

*5. 參考資料：“ABCs of Probes” Application Note (No. EA 60W-6053-14）Tektronix, 2016年1月

*6. 參考資料：“Complete ISOLATION Extreme COMMON MODE REJECTION” White Paper（0/16 51W-60485-1）Tektronix, 2016