案例分享|麦科信第三代光隔离探头在两电平逆变器的SiC MOSFET的双脉冲测试应用实例
发布时间：2026-05-18
案例分享|麦科信第三代光隔离探头在两电平逆变器的SiC MOSFET的双脉冲测试应用实例
在电力电子的实际应用中，DC-AC 变换十分常见。逆变器的核心功能是将直流电转换为交流电。对于采用 SiC MOSFET 功率器件的两电平逆变器，相较于 IGBT 功率器件，其开关频率通常更高，驱动设计要求也更为严苛。为了保证系统的性能与可靠性，工程师通常需进行双脉冲测试，以确定驱动电阻、RC 吸收电路等关键驱动参数，并评估驱动设计是否符合要求。
案例简介
在典型的双脉冲测试中，工程师需要测试 SiC MOSFET 功率器件的驱动波形、电压应力、电流波形等一系列关键参数，进而优化两电平逆变器的驱动参数设计。实际测试中，驱动波形的测试是一大难点。工程师需要观测驱动波形中米勒平台的电压状态，以及对侧管子的驱动串扰电压，以评估驱动电源、驱动电阻和吸收电路的设计参数是否合理。这要求测试设备不仅具备高带宽特性，还需具有高共模抑制能力。SiC 的驱动设计比 IGBT 要严苛主要体现在以下几个方面。
首先是驱动电压与开通阈值电压的差异。SiC MOSFET 的阈值电压（Vgs (th)）较低（典型值为 2-4 V），若测试设备对驱动信号产生干扰，易导致误导通甚至炸管，因此推荐使用光隔离探头进行 SiC 驱动测试。同时，SiC MOSFET 对过压及欠压极为敏感，SiC MOSFET 典型驱动电压为 + 18 V/-4 V。而 IGBT 的阈值电压（VGE (th)）通常在 5-6 V，IGBT 典型驱动电压为 + 15 V/-8 V，设计余量相对 SiC MOSFET 而言更大。
其次，SiC MOSFET 在设计时的开关频率通常远高于 IGBT。在高 dv/dt 开关瞬态下，米勒电容（Cgd）会向栅极注入位移电流。在关断期间，该电流可能在栅极电阻上产生足以超过阈值电压的正向电压，引发 “米勒误导通”。同样，开通瞬态的高 dv/dt 也会通过米勒电容耦合至栅极，产生负向电压尖峰，威胁栅极氧化层可靠性，进而损坏栅极。这就是通常所说的两电平逆变器中的串扰现象。
实例说明
被测设备：某公司 PCS 的功率板
客户问题反应：使用传统的高压差分探头测试信号严重失真，尤其是在米勒平台附近的波形。客户无法参考波形质量评估开通关断电阻设计是否合理，RC 吸收参数是否符合要求。
其中客户使用两电平双脉冲测试原理图如下，正在测试 Q2 管的电压应力和驱动波形，以及 Q1 管的串扰。
下图是客户反馈的测试波形，其中图一为 SiC MOSFET 开通波形，图二为 SiC MOSFET 关断波形，每个波形测试具体定义如下：
CH1 黄色：Q2 Vce
CH2 绿色：Q1 管 Vgs（串扰波形）
CH3 蓝色：电感电流 Id
CH4 红色：Q2 管 Vgs（驱动波形）
图一：Q2 管开通时刻
图二：Q2 管关断时刻
图一可以看到，CH4 红色 Q2 管 SiC MOSFET 驱动开通时，红色波形在米勒平台附近出现了严重震荡。图二驱动开通关断时刻同样出现了严重的波形震荡。这对客户调试驱动参数有极大的阻碍。并且传统高压差分探头寄生参数大、会对 SiC MOSFET 驱动回路引入额外负载与干扰，严重时易触发栅极误导通。
后续我们给客户提供第三代光隔离探头MOIP200P 进行测试，并且与高压差分探头测试同一个点位，具体测试波形见下图三、图四。
对于图三、图四每个通道波形测试的定义如下：
CH1 黄色：Q2 Vce
CH2 绿色：Q2 管 Vgs（光隔离探头）
CH3 蓝色：电感电流 Id
CH4 红色：Q2 管 Vgs（高压差分探头）
图三：换用光隔离探头后 Q2 管开通时刻对比
图四：换用光隔离探头后 Q2 管关断时刻对比
可以看出光隔离探头的波形表现要比高压差分探头要好很多，可以很清晰地观测 SiC MOSFET 驱动的米勒平台，客户可以根据测试波形来调整驱动参数进行调试。
注意：实际测试 SiC MOSFET Vgs 驱动波形时候，在对同一测试点进行对比测量时，不要同时连接两个探头。额外的探头会引入寄生参数，相互影响彼此的结果，导致你看到的波形不准确。应该分开单独测量，然后对比存储的波形。本文仅是对比光隔离探头和高压探头效果对比，仅供参考。
总结
麦科信第三代光隔离探头的最大优势核心在于一个关键参数：共模抑制比 (CMRR)。它衡量了探头在存在巨大干扰信号时，精确提取微小差分信号的能力。在 SiC 的双脉冲测试中，尤其是在测量半桥电路的上管时，测的是栅极和源极之间十几伏的驱动信号 (Vgs)，但测试点本身却处在一个快速跳变的高压（如 800V）之上。这个快速跳变的高压就是一个巨大的共模干扰。
对于高压探头：它的 CMRR 会随着频率升高而急剧下降。当 SiC 器件在几十甚至上百纳秒内完成电压跳变时，高频成分非常丰富，差分探头此时无法有效抑制巨大的共模干扰，导致测出的 Vgs 波形严重失真，出现剧烈震荡，甚至无法辨认。
关于麦科信第三代光隔离探头
麦科信第三代光隔离探头MOIP系列融合独家 ADHOMT 模数混合激光调制、光纤隔离与先进激光供电技术，可365天×24小时不间断精准测试，避免电池供电需充电导致的中断，具备85kV+ 隔离耐压、180dB 超高共模抑制比、1GHz 带宽、优异幅频特性，并实现零温漂、免校准、长期稳定运行，核心性能全面领先传统高压差分探头与业内其他光隔离方案，处于业界领先水平。
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