麥科信光隔離探頭在碳化硅（SiC）MOSFET動(dòng)態(tài)測試中的應用

碳化硅（SiC）MOSFET 是基于寬禁帶半導體材料碳化硅（SiC）制造的金屬氧化物半導體場(chǎng)效應晶體管，相較于傳統硅（Si）MOSFET，具有更高的擊穿電壓、更低的導通電阻、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，從而幫助工程師優(yōu)化芯片設計和封裝。然而，由于 SiC MOSFET 具備極快的開(kāi)關(guān)特性，測試過(guò)程中對測量系統的寄生參數提出了更高要求，寄生電感、電容等因素可能影響測試精度，需加以?xún)?yōu)化和控制。

測試實(shí)例

被測器件：CREE C3M0075120K SiC MOSFET

測試點(diǎn)位：SiC MOSFET漏源電壓和柵極電壓

測試難點(diǎn)：普通無(wú)源探頭和常規差分電壓探頭的寄生參數較大。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 )與測試電路耦合，導致測得的電壓信號出現明顯振蕩或過(guò)沖。同時(shí)，探頭的寄生電容可能引入位移電流，使被測電流信號疊加額外的寄生電流，影響測量準確性。

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

測試效果評估

搭建了一套動(dòng)態(tài)測試平臺用于評估SiC MOSFET的開(kāi)關(guān)特性。測試平臺采用C3M0075120K 型號的 SiC MOSFET，并配備 C4D10120A 續流二極管。柵極驅動(dòng)芯片 UCC 21520 負責控制 SiC MOSFET 的開(kāi)關(guān)過(guò)程。

為確保測量精度，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)足測試要求。此外，為保證測量同步性，電壓與電流探頭均經(jīng)過(guò)校準電路進(jìn)行時(shí)間對齊。

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，可在十幾納秒內完成開(kāi)關(guān)轉換。然而，由于高速開(kāi)關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的電磁干擾（EMI），測量結果可能受到影響。

光隔離探頭憑借其高共模抑制比，能夠準確捕捉信號細節，即使在高干擾環(huán)境下仍能提供清晰、可靠的波形數據。此外，光隔離探頭的超低寄生參數不會(huì )額外引發(fā)波形振蕩，測試中觀(guān)察到的振蕩主要由功率回路的寄生電感引起，屬于正�，F象。通過(guò)對比電壓和電流波形的時(shí)序關(guān)系可以看出，測得的開(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，大幅降低了測量誤差，確保了測試結果的準確性。

采用麥科信光隔離探頭MOIP200P的SiC MOSFET動(dòng)態(tài)測試結果

客戶(hù)反饋

在SiC MOSFET的納秒級開(kāi)關(guān)動(dòng)態(tài)測試中，探頭180dB的共模抑制比有效抑制了高頻EMI干擾，測得柵極電壓（Vgs）與漏源電壓（Vds）波形無(wú)畸變，與理論仿真結果高度吻合。1pF的寄生電容使測量系統引入的額外電流誤差可忽略，顯著(zhù)優(yōu)于傳統差分探頭，為開(kāi)關(guān)損耗計算提供了可靠數據基礎。

案例價(jià)值總結：
傳統測試痛點(diǎn)：
1.寄生參數干擾：
普通差分/無(wú)源探頭的高寄生電容（通常10~50pF）導致位移電流疊加，破壞電流信號真實(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，嚴重者會(huì )導致炸管。
光隔離探頭的改進(jìn)：

1.低寄生參數設計：
1pF寄生電容幾乎不引入位移電流，180dB CMRR有效抑制共模噪聲，確保納秒級信號的真實(shí)捕捉。

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

從單點(diǎn)突破到系統革新

光隔離探頭在SiC MOSFET測試中的應用不僅解決了單點(diǎn)測量難題，更通過(guò)高精度數據鏈打通了“芯片設計-封裝-系統應用”全環(huán)節，成為寬禁帶半導體產(chǎn)業(yè)升級的關(guān)鍵使能技術(shù)。其價(jià)值已超越傳統測試工具范疇，向行業(yè)基礎設施演進(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.