在使用参考地电平CVR时,接地问题变得更加关键。如图3所示,在结合使用参考地电平探头与CVR时,有可能通过示波器屏蔽路径绕过CVR。这会导致整个器件电流流过示波器,可能会损坏电压探头或示波器,也会带来重大的人身安全隐患。一般来说,推荐使用差分探头进行器件漏极到源极测量。
图3. 在两只参考地电平的探头连接到不同电压的参考平面时,器件电流会旁路CVR,流经地线和示波器。这会导致测量错误,并可能会导致设备损坏。
在使用参考地电平CVR时,接地问题变得更加关键。如图3所示,在结合使用参考地电平探头与CVR时,有可能通过示波器屏蔽路径绕过CVR。这会导致整个器件电流流过示波器,可能会损坏电压探头或示波器,也会带来重大的人身安全隐患。一般来说,推荐使用差分探头进行器件漏极到源极测量。
电流测量
在功率电子系统中, 电流查看电阻器(CVR) 和Rogowski线圈(图4 a 和b)是两种常用的电流测量方法。Rogowski线圈是一种流行的选择,因为它可以简便地添加到电路中,是一种非侵入式测量,但这类探头通常会有明显的带宽限制,不适合用于SiC。另一方面,CVRs拥有极高的带宽,可以进行准确的电流测量。遗憾的是,串联晶体管时需要添加额外的器件要求谨慎规划PCB布线,因为添加CVR 一般会提高电路中的寄生电感。
图4 比较了Rogowski线圈和CVR测量的典型SiC硬开关事件。Rogowski线圈的带宽明显低得多,导致人为抑制试验波形中存在的振铃。更重要的是,它会人为抑制初始过冲,对测量的di/dt发出预警。
图4. CVR 与Rogowski 电流探头,CAB016M12FM3
(TJ = 25℃ , RG = 6.8, Vos= 600 V,Is = 100A)。
图5. CVR 与Rogowski 电流探头, CAB011M12FM3
(TJ= 150℃ , RG = 1W), VDS= 600 V, IS = 100A)。
图5 在更加激进的开关条件下比较了不同的探头,比较中突出了两个关心的点。第一,在关闭时,Rogowski线圈不能充分捕获电流波形的形状,漏掉了轻微的膝部,会降低表面上的开关损耗。此外,打开时预测的di/dt下降还会导致预测的开关损耗降慢。Rogowski线圈带宽下降的累积效应,是估算的开关损耗降低。
图6. 使用不同探头(CAB011M12FM3, TJ = 150℃ , RG= 1W) 估算开关损耗(Eoff + Eon)。
图6 直接比较了Wolfspeed WolfPACK™ CAB011Ml2FM3在漏极电流中估算的开关损耗。如上所述,Rogowski线圈在预测时一直低估了电路的开关损耗,给人感觉电路损耗过于乐观。由于不一致与探头带宽限制有关,所以它取决于晶体管的边沿速率,在更激进的栅极电阻时会进一步提高。对低速开关技术( 如IGBTs),计量差异可以忽略不计。
校正探头时延
使用的探头除了要有充足的带宽和噪声抑制功能外,还必须进行时延校正,保证电压信号和电流信号的时延匹配。电压探头和电流探头时延不匹配哪怕只有1-2ns,就会导致30%及以上的Eon和Eoff测量误差。正确地进行时延校正对SiC 系统中固有的快速开关瞬态信号至关重要。
在时延校正前,必要时要自动清零和校准探头,消除任何偏置或定标误差。通过使用对称连接把两只探头连接到一台函数发生器上,可以校正电压探头VDS和VGS的时延。使用函数发生器生成的方波,检查信号的振铃和下降沿是否对齐。可以使用图7所示的电路板,简便地连接函数发生器和任何电压探头。函数发生器信号连接到电路板中心,电路板边缘周围为示波器探头连接提供了各种选项,可以适应各种探头接口。
图7. 功率测量时延校正和校准夹具(067-1686-00)7,可以补偿电压探头和电流探头之间的定时差。