在橋式結(jié)構(gòu)中的注意事項(xiàng) — 探頭的CMRR

在對(duì)橋式結(jié)構(gòu)中的高邊（HS）MOSFET進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通常使用高壓差分探頭或差分探頭（*4）來(lái)觀測(cè)波形，但所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區(qū)域可能會(huì)降低，波形波動(dòng)可能會(huì)增加。尤其是在測(cè)量柵-源電壓VGS時(shí)，涉及到測(cè)量幾伏級(jí)的浪涌，因此需要區(qū)分觀測(cè)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(duì)橋式結(jié)構(gòu)中的HS MOSFET進(jìn)行測(cè)試時(shí)，所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區(qū)域可能會(huì)降低，波形波動(dòng)可能會(huì)增加。

?尤其是在測(cè)量VGS時(shí)，涉及到測(cè)量數(shù)伏級(jí)的浪涌，因此需要區(qū)分觀測(cè)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，可觀測(cè)到原始波形。

SiC MOSFET柵-源電壓測(cè)量：在橋式結(jié)構(gòu)中的注意事項(xiàng)探頭的CMRR

在對(duì)橋式結(jié)構(gòu)中的高邊（HS）MOSFET進(jìn)行測(cè)試時(shí)，通常使用高壓差分探頭或差分探頭（*4）來(lái)觀測(cè)波形，但所用探頭的共模抑制比（CMRR）在高頻區(qū)域可能會(huì)降低，波形波動(dòng)可能會(huì)增加。尤其是在測(cè)量柵-源電壓VGS時(shí)，涉及到測(cè)量幾伏級(jí)的浪涌，因此需要區(qū)分觀測(cè)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(jié)構(gòu)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(duì)比波形可以看出，LS開(kāi)關(guān)時(shí)的換流側(cè)（HS）VGS波動(dòng)較大。這是由于當(dāng)換流側(cè)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(rèn)這個(gè)原理而對(duì)差分電壓探頭的CMRR性能進(jìn)行測(cè)試的結(jié)果。該測(cè)試是將電壓探頭頭部的正極和負(fù)極分別連接到HS和LS的Driver Source引腳進(jìn)行測(cè)試的。這種測(cè)試方法在泰克（Tektronix）的應(yīng)用指南“ABCs of Probes”(*5)中有詳細(xì)介紹，請(qǐng)參考。

圖2. 隔離型電壓探頭的CMRR性能

在圖2中，導(dǎo)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(xiàn)電壓波動(dòng)。然而，在開(kāi)關(guān)動(dòng)作結(jié)束后，LS恢復(fù)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)隨著時(shí)間的流逝（數(shù)微秒）而消失。在本次測(cè)試中，Driver Source引腳的電位在VDS上升時(shí)向負(fù)側(cè)變化，在VDS下降時(shí)向正側(cè)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(cè)量設(shè)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(zhǔn)確測(cè)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(cè)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(cè)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(cè)量位置和差分電壓探頭的安裝位置對(duì)波形造成的影響，電壓探頭的測(cè)量位置是在SiC MOSFET正下方焊接了一根短的延長(zhǎng)線，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

觀測(cè)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(zhí)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(dǎo)致在導(dǎo)通后超過(guò)18V驅(qū)動(dòng)電壓，并在關(guān)斷后降至0V以下（綠線）。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(rèn)為采用光隔離探頭能夠觀測(cè)到準(zhǔn)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(jié)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(shù)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(cè)商標(biāo)。

*4. 參考資料：“逆變電路的評(píng)估方法”應(yīng)用指南（V1.3）巖崎通信機(jī)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