麥科信光隔離探頭在碳化硅（SiC）MOSFET動(dòng)態(tài)測(cè)試中的應(yīng)用

碳化硅（SiC）MOSFET 是基于寬禁帶半導(dǎo)體材料碳化硅（SiC）制造的金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管，相較于傳統(tǒng)硅（Si）MOSFET，具有更高的擊穿電壓、更低的導(dǎo)通電阻、更快的開(kāi)關(guān)速度以及更優(yōu)異的高溫和高頻性能。

案例簡(jiǎn)介：SiC MOSFET 的動(dòng)態(tài)測(cè)試可用于獲取器件的開(kāi)關(guān)速度、開(kāi)關(guān)損耗等關(guān)鍵動(dòng)態(tài)參數(shù)，從而幫助工程師優(yōu)化芯片設(shè)計(jì)和封裝。然而，由于 SiC MOSFET 具備極快的開(kāi)關(guān)特性，測(cè)試過(guò)程中對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的寄生參數(shù)提出了更高要求，寄生電感、電容等因素可能影響測(cè)試精度，需加以?xún)?yōu)化和控制。

測(cè)試實(shí)例

被測(cè)器件：CREE C3M0075120K SiC MOSFET

測(cè)試點(diǎn)位：SiC MOSFET漏源電壓和柵極電壓

測(cè)試難點(diǎn)：普通無(wú)源探頭和常規(guī)差分電壓探頭的寄生參數(shù)較大。由于SiC MOSFET具有極快的開(kāi)關(guān)速度（高dv/dt），探頭的寄生電感和寄生電容會(huì)與測(cè)試電路耦合，導(dǎo)致測(cè)得的電壓信號(hào)出現(xiàn)明顯振蕩或過(guò)沖。同時(shí)，探頭的寄生電容可能引入位移電流，使被測(cè)電流信號(hào)疊加額外的寄生電流，影響測(cè)量準(zhǔn)確性。

采用麥科信光隔離探頭MOIP200P的SiC MOSFET動(dòng)態(tài)測(cè)試平臺(tái)

測(cè)試效果評(píng)估

搭建了一套動(dòng)態(tài)測(cè)試平臺(tái)用于評(píng)估SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)特性。測(cè)試平臺(tái)采用C3M0075120K 型號(hào)的 SiC MOSFET，并配備 C4D10120A 續(xù)流二極管。柵極驅(qū)動(dòng)芯片 UCC 21520 負(fù)責(zé)控制 SiC MOSFET 的開(kāi)關(guān)過(guò)程。

為確保測(cè)量精度，漏源電壓和柵極電壓采用光隔離電壓探頭（Micsig MOIP200P）進(jìn)行測(cè)量，該探頭具有200 MHz帶寬、180dB的高共模抑制比，且寄生電容僅1pF，有效降低測(cè)量誤差。漏源電流則使用鉗式電流探頭（Hioki 3276），其100MHz帶寬可滿(mǎn)足測(cè)試要求。此外，為保證測(cè)量同步性，電壓與電流探頭均經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)電路進(jìn)行時(shí)間對(duì)齊。

圖中的波形從上往下依次為柵極電壓Vgs、漏源電壓Vds和漏源電流Ids。在測(cè)試過(guò)程中，SiC MOSFET 具有極快的開(kāi)關(guān)速度，可在十幾納秒內(nèi)完成開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換。然而，由于高速開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾（EMI），測(cè)量結(jié)果可能受到影響。

光隔離探頭憑借其高共模抑制比，能夠準(zhǔn)確捕捉信號(hào)細(xì)節(jié)，即使在高干擾環(huán)境下仍能提供清晰、可靠的波形數(shù)據(jù)。此外，光隔離探頭的超低寄生參數(shù)不會(huì)額外引發(fā)波形振蕩，測(cè)試中觀察到的振蕩主要由功率回路的寄生電感引起，屬于正�，F(xiàn)象。通過(guò)對(duì)比電壓和電流波形的時(shí)序關(guān)系可以看出，測(cè)得的開(kāi)關(guān)電流中幾乎不包含額外的寄生電流，這得益于光隔離探頭低至 1 pF 的寄生電容，大幅降低了測(cè)量誤差，確保了測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

采用麥科信光隔離探頭MOIP200P的SiC MOSFET動(dòng)態(tài)測(cè)試結(jié)果

客戶(hù)反饋

在SiC MOSFET的納秒級(jí)開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)測(cè)試中，探頭180dB的共模抑制比有效抑制了高頻EMI干擾，測(cè)得柵極電壓（Vgs）與漏源電壓（Vds）波形無(wú)畸變，與理論仿真結(jié)果高度吻合。1pF的寄生電容使測(cè)量系統(tǒng)引入的額外電流誤差可忽略，顯著優(yōu)于傳統(tǒng)差分探頭，為開(kāi)關(guān)損耗計(jì)算提供了可靠數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

案例價(jià)值總結(jié)：
傳統(tǒng)測(cè)試痛點(diǎn)：
1.寄生參數(shù)干擾：
普通差分/無(wú)源探頭的高寄生電容（通常10~50pF）導(dǎo)致位移電流疊加，破壞電流信號(hào)真實(shí)性；高寄生電感引發(fā)電壓振蕩，掩蓋真實(shí)開(kāi)關(guān)波形。

2.共模干擾敏感：
傳統(tǒng)探頭CMRR低（典型值<60dB），易受SiC MOSFET高速開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的高頻EMI影響，造成波形畸變，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致炸管。
光隔離探頭的改進(jìn)：

1.低寄生參數(shù)設(shè)計(jì)：
1pF寄生電容幾乎不引入位移電流，180dB CMRR有效抑制共模噪聲，確保納秒級(jí)信號(hào)的真實(shí)捕捉。

2.光傳輸抗干擾優(yōu)勢(shì)：
通過(guò)光纖傳輸信號(hào)，徹底隔離地環(huán)路干擾，解決傳統(tǒng)探頭因地電位差導(dǎo)致的信號(hào)失真問(wèn)題。

從單點(diǎn)突破到系統(tǒng)革新

光隔離探頭在SiC MOSFET測(cè)試中的應(yīng)用不僅解決了單點(diǎn)測(cè)量難題，更通過(guò)高精度數(shù)據(jù)鏈打通了“芯片設(shè)計(jì)-封裝-系統(tǒng)應(yīng)用”全環(huán)節(jié)，成為寬禁帶半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)升級(jí)的關(guān)鍵使能技術(shù)。其價(jià)值已超越傳統(tǒng)測(cè)試工具范疇，向行業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)，為電力電子從“硅時(shí)代”邁向“碳化硅時(shí)代”提供底層支撐。

相關(guān)研究：L. Zhang, Z. Zhao, R. Jin, et al, "SiC MOSFET Turn-Off Measurement With Air-Core Inductor Design and RC Snubber Correction," in IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement, vol. 74, pp. 1-13, 2025, Art no. 1005013, doi: 10.1109/TIM.2025.3545173.