寬禁帶(WBG)半導體材料，如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)這些材料不僅在耐高溫和耐高壓方面表現(xiàn)出色，還具備低損耗、快速開關(guān)頻率等特性。然而，要充分發(fā)揮這些先進材料的潛力，精確的測試和測量技術(shù)至關(guān)重要。特別是在雙脈沖測試中，光隔離探頭不僅確保了測試的安全性，還提高了測試測量的準確性和可靠性。本文將深入探討光隔離探頭在雙脈沖測試中不可或缺的原因。

雙脈沖測試的作用

雙脈沖測試（DPT）是一種用于評估電力電子器件如IGBT（絕緣柵雙極晶體管）或MOSFET（金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管）等功率器件的開關(guān)性能的實驗方法。該測試通過向器件施加兩個短時間的電壓脈沖，模擬器件在實際電路中的開關(guān)過程，進而測量和分析器件的開關(guān)特性，優(yōu)化器件的驅(qū)動和應(yīng)用設(shè)計，并用于故障診斷和仿真模型的驗證。

雙脈沖測試中示波器與探頭的選擇

以MOSFET的半橋柵極驅(qū)動電路為例，我們需要測試下管的Vds、Id 和 Vgs，同時也需要觀察上管的Vgs。選用麥科信MHO高分辨率示波器3系，500MHz帶寬，3GSa/s采樣率，≤1%的精度，4個通道可以支持同時觀察上下管的開關(guān)，正好滿足DPT的測試需求。

如果要準確的準確地測量Id波形，要保證使用的電流探頭有足夠的帶寬?？梢钥紤]麥科信高頻交直流電流探頭CP系列，它具有高達100MHz的帶寬，精度在1%之內(nèi)，分辨率能夠達到1mA，提供最大30A的測量范圍。對于更大電流的測試需求，可使用圖中羅氏線圈RCP系列。

但發(fā)現(xiàn)不少用戶產(chǎn)生疑問：“之前一直使用的麥科信MDP系列高壓差分探頭，在測試硅器件的時候表現(xiàn)很好，7000V的電壓都能測，帶寬也不低（500MHz），現(xiàn)在切換到GaN、SiC器件了，按說可以滿足這些器件的帶寬指標參數(shù)了，測試下管也可以，但為什么測試上管的電壓總出問題？”

碳化硅（SiC）和氮化鎵(GaN)的開關(guān)動作時間

通過上圖數(shù)據(jù)分析對比后我們發(fā)現(xiàn)，碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）的開關(guān)速度都達到了ns級別，這一特點的顯著優(yōu)勢，就是降低了開關(guān)電源的能耗，但這也給測試帶來了巨大挑戰(zhàn)。在半橋電路中，上管Vgs電壓懸浮在不斷導通與關(guān)斷的下管Vds， Vds電壓在幾個納秒的時間內(nèi)就能完成零伏到上千伏的跳變，高壓疊加高頻，使得高次諧波分量顯著增加。而我們的被測對象Vgs的差模電壓往往只有十幾伏，它會顯著受到Vds高次諧波分量部分帶給它的共模干擾，我們在測量的時候需要盡量抑制這個共模干擾，這就要求測試設(shè)備在高頻段依然具備很高的共模抑制能力，這個參數(shù)指標叫做共模抑制比（CMRR)。

以客戶提到的麥科信MDP系列為例，在100KHz時，CMRR＞-70dB；在20MHz時，CMRR＞-40dB；120MHz時，CMRR為>-26dB，對于差分探頭而言，這個CMRR在同行里已經(jīng)非常優(yōu)秀，但滿足我們測量上管Vgs的要求還是遠遠不夠，我們需要一個測試設(shè)備在高頻段依然具有很高的CMRR。

高壓差分探頭和光隔離探頭實測對比

關(guān)于CMRR對測試的影響，我們做個對比，看看高壓差分探頭在測試時產(chǎn)生的問題，以及具有高CMRR的探頭測試對比情況：

碳化硅IGBT雙脈沖測試，光隔離探頭和差分探頭同時連接上橋臂Vge接線圖

測試方式：被測器件SiC開關(guān)，具有上、下管，Vce電壓500V左右，同時使用高壓差分探頭和光隔離探頭（使用麥科信光隔離探頭MOIP系列）同時連接上管Vge信號，進行雙脈沖測試。

碳化硅IGBT雙脈沖測試，光隔離探頭（紅色波形）和差分探頭（白色波形）同時測量上橋臂Vge波形圖

上圖為測試結(jié)果圖，圖中白色信號是高壓差分探頭測試結(jié)果，可以看到在Vge上升時刻，上下震蕩劇烈，幾乎分辨不出本來的波形；我們曾使用高壓差分探頭測試過一個Vce電壓達到800V時的上管Vge信號，震蕩已經(jīng)超過了SiC的關(guān)斷電壓，會嚴重影響工程師的判斷。

而圖中紅色的波形是采用光隔離探頭測試的，信號的干擾就小多了。如果采用光隔離探頭單獨測試的話，幾乎沒有干擾，這上面看到的干擾是高壓差分探頭對光隔離探頭造成的影響。事實上，光隔離探頭其底噪相對于高壓差分探頭更低，精度更高，能夠測到的共模電壓也更大。這是怎么做到的呢？

光隔離探頭的優(yōu)勢

麥科信采用獨家SigOFIT?技術(shù)，測試之前選擇適合被測信號大小的衰減器，使得能夠滿量程測試從±0.01V至±6250V的差模信號，在適應(yīng)大范圍測試的同時提高測試精度（達到1%），降低底噪，將信噪比提高。

麥科信光隔離探頭MOIP系列參數(shù)表

麥科信MOIP系列光隔離探頭，最高可達1GHz的帶寬，其最小底噪可以達到0.45mVrms以內(nèi)。在1GHz頻段，CMRR依然高達100dB以上。因此，使用光隔離探頭測量上管Vgs就無需再考慮共模干擾的影響，完美解決了高壓差分探頭CMRR不足的問題。

麥科信光隔離探頭MOIP系列

此外，差分探頭由于引線長（一般在20cm左右），這兩根輸入線可以看作是一個天線，會接收外界的磁場干擾，由于氮化鎵的開關(guān)速度極快，其產(chǎn)生的磁場穿過高壓差分探頭輸入端時就會導致震蕩，有時候這個震蕩超過了一定極限，就會引起氮化鎵器件瞬間燒毀炸管。而光隔離探頭采用MCX或MMCX連接，引線極短，幾乎沒有天線效應(yīng)，寄生電容在幾pF以內(nèi)，斷絕了測試導致的寄生產(chǎn)生的安全隱患。

總結(jié)

綜上所述，光隔離探頭在各方面性能上其實已經(jīng)全面超越了差分探頭，而對于有需求進行雙脈沖實驗的用戶，麥科信光隔離探頭更是不二之選。

審核編輯 黃宇