与普通探头相比,高压差分探头的参数含义和测试方法有什么不同
电源测试中大多数电压测试是浮地测试,需要用差分探头测试。
很多初级工程师在用多个探头进行电源测量时,刚开机电源产品就“炸机”,甚至示波器也发生损坏。
这是因为示波器探头之间是共地的,在同时测量电源原边和副边的时候,如果用一根探头接原边的地,另一根探头接副边的地,相当于把电源的原边和副边的地短路在一起,这样短路后的大电流就会烧坏电源产品和探头,甚至是损坏示波器。所以,在测试原边和副边的电压时应该一侧选用差分探头,一侧选用无源或有源单端探头。
常见的高压差分探头共模耐压与衰减比有关,影响测试结果。
市面上高压差分探头存在的问题是共模耐压会随着衰减比的变化而变化。
图1:市面上高压差分探头共模耐压和衰减比
这就给上管Vgs的测试带来很大的问题,比如某型号差分探头在100:1的衰减比下差模耐压和共模耐压都是700V,非常适合AC转DC相关拓扑的500V-600V耐压功率器件Vds电压测试。
但是,当我们需要测试Vgs电压的波形时,为了得到更高的测试精度,更小的垂直刻度,需要把衰减比调整到10:1。但在10:1衰减比下,该探头的共模耐压会降低到70V,因此不能用于上管Vgs的测试,如果需要测试上管Vgs电压波形,就只能用100:1,这样会使Vgs的测试结果误差非常的大。
大多商用高压差分探头带宽不到 300 MHz,不能满足测试需求。
随着电源工作频率的不断提高,工程师已经开始采用高频功率开关和整流器技术。从传统平面或沟槽MOSFET开关的上升/下降时间为30ns到60ns发展到超结MOSFET、GaN MOSFET、SiC MOSFET和SiC肖特基整流管等功率开关的开关时间不到5ns。为观察如此快速的信号变化,通常需要足够带宽的测量系统。
根据前面对测量系统带宽的介绍,我们知道带宽要足够不仅是示波器的带宽要足够,探头的带宽也要足够。多年来示波器发展迅速,当前实时示波器最大带宽已达到110GHz带宽,而示波器探头一直是测量系统的瓶颈。
所以,一般示波器带宽不会选错,基本上来说如果是AC转DC的硅基MOSFET管,100MHz的带宽就够了。如果是IGBT,需要50MHz到100MHz带宽。对于低压的MOSFET管(DC转DC)则需要200MHz带宽。如果是SiC材料的测试,带宽一般要200MHz左右,GaN材料则需要400MHz的带宽。
我们前面提到的带宽的需求,比如 GaN 需要400MHz带宽,不是仅仅指示波器的带宽,而是说整个测量系统的带宽,包括示波器、探头、以及延长线。从被测设备到示波器之间的任何一个环节都会影响测试系统的带宽。所以说,如果我们测试系统需要400MHz的带宽,那么我们的探头也至少是 400 MHz 的带宽。遗憾的是,大多数商用的电压差分探头无法在这么高的频率下工作。
GaN材料MOSFET管测试需要高带宽高压差分探头测试。
图2:第三代半导体主要应用范围
GaN 材料主要应用于偏低压应用例如 800 V 以下的应用,像高功率密度 DC/D C电源的 40V-200V增强性高电子迁移率异质节晶体管(HEMT)和600V HEMT混合串联开关。当然现在也有800V以上的一些应用也是用GaN材料的。在这些应用中需要选用高压差分探头进行测试。
SiC 材料测试中高温测试需求增多,需要宽温度范围的探头。
SiC材料主要偏向高压的应用。因其具有承受高温(300℃左右温度是没有问题的)的特点主要应用场景是在汽车和光伏逆变器等领域。这些器件的应用会对整个电源系统有很大的改进。
专为进行精确的高压功率测量而设计高压差分探头DP0001A具有哪些具体性能?
图3:DP0001A高压差分探头
DP0001A 是一款 400 MHz 高压差分探头,专为进行精确的高压功率测量而设计。
DP0001A 具有 2 kV 主电源隔离度或 1 kV
CAT III 额定工作电压,可以满足当今 WBG 电力设备测试、功率转换器或电机驱动器的测试需求。
DP0001A 探头的特点是带宽高、负载效应低。因此可以精确测量现代开关电源中边沿速度(10%-90%)最快达 1.2 ns 的 1kV 瞬态脉冲。
DP0001A 探头其共模抑制比(CMRR)超过 90 dB,能够显著简化噪声较大的高共模功率电子环境所面临的测量难题。
相比传统的IGBT,高压硅基MOSFET等,SiC和GaN宽禁带功率器件具有更快的开关速度,因此也需要更高的测试带宽。
DP0001A高压差分探头能够以400MHz的带宽提供2KV的测试电压范围,很好的解决了宽禁带功率器件带来的测试挑战。