碳化硅 (SiC) MOSFET越来越多地应用于电动汽车、因为它们能够承受高温，具备更快的开关速度和更大的额定电流，以更高的效率运转（尤其在高压下）。
然而，在验证设计时使用碳化硅 (SiC) MOSFET存在挑战。它的开关特性很有价值，也对准确的验证测量提出了挑战。正确的探头选择和应用可以大大提高测量精度。
阅读本文后，您可以在新泰克应用说明有效测量碳化硅 (SiC) 电力电子系统的信号中了解详细信息。
什么是碳化硅 (SiC) MOSFET？
MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管，是一种用于放大或切换电子信号的晶体管。它具有高能源效率、出色的散热性、高电流密度、优秀的高温性能和高额定电压。但是，为了更好地了解碳化硅 (SiC) MOSFET，您需要首先了解MOSFET是什么以及可以在什么场合应用它。
MOSFET简介
MOSFET，即金属氧化物半导体场效应晶体管是一种用于放大或切换电子信号的晶体管。MOSFET是现代电子产品的核心元件，也是世界上大多数集成电路的构建模块。随着时间的推移，MOSFET的开发技术已从使用硅过渡到使用碳化硅 (SiC)。这一进展大幅提升了效率和性能。
MOSFET应用
MOSFET，特别是功率晶体管，广泛用于各种电子应用中。它们是电源、电动汽车控制系统以及可持续能源应用（如太阳能、风能和热能系统）的重要组成部分。此外，MOSFET在无线电系统中发挥着至关重要的作用，它们在音频放大器中用于调制无线电信号的输出。
碳化硅 (SiC) MOSFET的优点：可靠性和性能
经实践检验，碳化硅 (SiC) MOSFET 具有高性能和可靠性。它广泛用于各种应用，包括电动汽车电池充电器、光伏 (PV) 逆变器、高压直流-直流转换器和可再生能源系统。因为含有碳化硅，碳化硅 (SiC) MOSFET在性能和尺寸方面具有显着优势，使其成为各种电子应用的优选。
泰克示波器非常适合 MOSFET 设计和测试，可提供各种工具和解决方案来检测碳化硅 (SiC) MOSFET的性能。
测量电力电子系统中碳化硅 (SiC) MOSFET面临的挑战
测量碳化硅 (SiC) MOSFET面临的挑战取决于测量地点和测量方式。特别对于上管，栅极电压信号 (VGS) 随快速开关的高失调电压浮动。这些“共模”变化可能会导致测量系统中出现振铃（如题图所示），并且无法确定振铃是来自被测设备还是来自测量系统。漏源电压 (VDS) 明显高于栅源电压 (VGS)，并且常相对于接地端浮动。漏极电流测量还需要注意确保示波器和探头带宽充足，以实现准确测量。
准确测量碳化硅 (SiC) MOSFET的栅极电压
栅源电压 (VGS) 测量，尤其对于上管，十分具有挑战性。 栅极阈值电压通常只有几伏，因此与高达数百伏的VDS相比较小。
传统上，这些测量是使用差分探头进行的，比如泰克THDP0200差分探头。然而，使用差分探头可能会导致不必要的过大设计余量，尤其在进行上管VGS测量时。对于上管MOSFET，源端电压相对于接地端变化很快。要准确地进行这种测量，需要在高频下具有极高的共模抑制比 (CMRR)。差分探头引入的振铃会导致仪器在规格范围内似乎不符合规格。调整设计以减慢开关速度并消除杂散振铃会“抵消”使用高速碳化硅SiC MOSFET的部分优势。
共模抑制比高的探头可限制共模电压对输出的影响。为实现更精确的测量，建议使用光隔离探头，如IsoVu光隔离探头。这种探头在1 GHz时可抑制80 dB的共模信号，在100 MHz时可抑制120 dB的共模信号。下方图 1和图 2说明了这种效果。
图 1。使用无源探头在下管（黄色轨迹）和差分探头在上管（蓝色轨迹）观察到的栅极电压信号。此配置显示VGS信号（包括上管驱动信号）存在明显振铃。
图 2. 使用两个IsoVu光学隔离探头时观察到的栅极电压信号（黄色和蓝色轨迹）。振铃效应大大减少，可以看到下管的栅极信号（黄色）细节。高共模抑制消除了上管的栅极信号（蓝色）上的杂散干扰。
准确测量碳化硅 (SiC) MOSFET的漏极电压
要测量碳化硅 (SiC) MOSFET的漏极电压，您可以使用接地参考无源探头或差分探头。接地参考探头相对便宜并且包含在示波器中，但它只能用于接地参考测量。将接地参考探头连接到浮动（未接地）组件将导致地线中产生电流。当使用多个接地参考探头时，必须非常小心地将所有参考导线连接到相同的接地电位。应用说明有效测量碳化硅 (SiC) 电力电子系统的信号给出了使用两个探头易犯的错误示例。
切勿拔下示波器电源线上的接地引脚，因为这会使示波器浮地。这存在安全隐患，并可能对测量结果产生负面影响。
如果您的设计中确实有可用的接地点，那么泰克TPP0850无源高压探头无源高压探头是测量碳化硅 (SiC) 器件漏极电压的理想选择。它可处理最高1000V的均方根电压和2.5KV的峰值电压，且负载仅为 1.8 pF。
使用符合其规格的差分探头，例如Tektronix THDP0200 差分探头，能更简单安全地测量漏极电压。由于它与地面分离，因此使被测单元和操作员更安全。
如需了解更多信息，请下载完整的应用指南有效测量碳化硅 (SiC) 电力电子系统的信号, 里面详细介绍了如何使用罗氏线圈或CVR（电流观察电阻）进行精确电流测量，如何用Wolfspeed CAB011Ml2FM3高性能半桥模块测量，以及如何将探头与被测MOSFET器件进行低影响连接。