光隔离探头为什么在双脉冲测试中不可或缺？

宽禁带(WBG)半导体材料，如碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)这些材料不仅在耐高温和耐高压方面表现出色，还具备低损耗、快速开关频率等特性。然而，要充分发挥这些先进材料的潜力，精确的测试和测量技术至关重要。特别是在双脉冲测试中，光隔离探头不仅确保了测试的安全性，还提高了测试测量的准确性和可靠性。本文将深入探讨光隔离探头在双脉冲测试中不可或缺的原因。

双脉冲测试的作用

双脉冲测试（DPT）是一种用于评估电力电子器件如IGBT（绝缘栅双极晶体管）或MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）等功率器件的开关性能的实验方法。该测试通过向器件施加两个短时间的电压脉冲，模拟器件在实际电路中的开关过程，进而测量和分析器件的开关特性，优化器件的驱动和应用设计，并用于故障诊断和仿真模型的验证。

双脉冲测试中示波器与探头的选择

以MOSFET的半桥栅极驱动电路为例，我们需要测试下管的Vds、Id 和 Vgs，同时也需要观察上管的Vgs。选用麦科信MHO高分辨率示波器3系，500MHz带宽，3GSa/s采样率，≤1%的精度，4个通道可以支持同时观察上下管的开关，正好满足DPT的测试需求。

如果要准确的准确地测量Id波形，要保证使用的电流探头有足够的带宽。可以考虑麦科信高频交直流电流探头CP系列，它具有高达100MHz的带宽，精度在1%之内，分辨率能够达到1mA，提供最大30A的测量范围。对于更大电流的测试需求，可使用图中罗氏线圈RCP系列。

但发现不少用户产生疑问：“之前一直使用的麦科信MDP系列高压差分探头，在测试硅器件的时候表现很好，7000V的电压都能测，带宽也不低（500MHz），现在切换到GaN、SiC器件了，按说可以满足这些器件的带宽指标参数了，测试下管也可以，但为什么测试上管的电压总出问题？”

碳化硅（SiC）和氮化镓(GaN)的开关动作时间

通过上图数据分析对比后我们发现，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）的开关速度都达到了ns级别，这一特点的显著优势，就是降低了开关电源的能耗，但这也给测试带来了巨大挑战。在半桥电路中，上管Vgs电压悬浮在不断导通与关断的下管Vds， Vds电压在几个纳秒的时间内就能完成零伏到上千伏的跳变，高压叠加高频，使得高次谐波分量显著增加。而我们的被测对象Vgs的差模电压往往只有十几伏，它会显著受到Vds高次谐波分量部分带给它的共模干扰，我们在测量的时候需要尽量抑制这个共模干扰，这就要求测试设备在高频段依然具备很高的共模抑制能力，这个参数指标叫做共模抑制比（CMRR)。

以客户提到的麦科信MDP系列为例，在100KHz时，CMRR＞-70dB；在20MHz时，CMRR＞-40dB；120MHz时，CMRR为>-26dB，对于差分探头而言，这个CMRR在同行里已经非常优秀，但满足我们测量上管Vgs的要求还是远远不够，我们需要一个测试设备在高频段依然具有很高的CMRR。

高压差分探头和光隔离探头实测对比

关于CMRR对测试的影响，我们做个对比，看看高压差分探头在测试时产生的问题，以及具有高CMRR的探头测试对比情况：

碳化硅IGBT双脉冲测试，光隔离探头和差分探头同时连接上桥臂Vge接线图

测试方式：被测器件SiC开关，具有上、下管，Vce电压500V左右，同时使用高压差分探头和光隔离探头（使用麦科信光隔离探头MOIP系列）同时连接上管Vge信号，进行双脉冲测试。

碳化硅IGBT双脉冲测试，光隔离探头（红色波形）和差分探头（白色波形）同时测量上桥臂Vge波形图

上图为测试结果图，图中白色信号是高压差分探头测试结果，可以看到在Vge上升时刻，上下震荡剧烈，几乎分辨不出本来的波形；我们曾使用高压差分探头测试过一个Vce电压达到800V时的上管Vge信号，震荡已经超过了SiC的关断电压，会严重影响工程师的判断。

而图中红色的波形是采用光隔离探头测试的，信号的干扰就小多了。如果采用光隔离探头单独测试的话，几乎没有干扰，这上面看到的干扰是高压差分探头对光隔离探头造成的影响。事实上，光隔离探头其底噪相对于高压差分探头更低，精度更高，能够测到的共模电压也更大。这是怎么做到的呢？

光隔离探头的优势

麦科信采用独家SigOFIT™技术，测试之前选择适合被测信号大小的衰减器，使得能够满量程测试从±0.01V至±6250V的差模信号，在适应大范围测试的同时提高测试精度（达到1%），降低底噪，将信噪比提高。

麦科信光隔离探头MOIP系列参数表

麦科信MOIP系列光隔离探头，最高可达1GHz的带宽，其最小底噪可以达到0.45mVrms以内。在1GHz频段，CMRR依然高达100dB以上。因此，使用光隔离探头测量上管Vgs就无需再考虑共模干扰的影响，完美解决了高压差分探头CMRR不足的问题。

麦科信光隔离探头MOIP系列

此外，差分探头由于引线长（一般在20cm左右），这两根输入线可以看作是一个天线，会接收外界的磁场干扰，由于氮化镓的开关速度极快，其产生的磁场穿过高压差分探头输入端时就会导致震荡，有时候这个震荡超过了一定极限，就会引起氮化镓器件瞬间烧毁炸管。而光隔离探头采用MCX或MMCX连接，引线极短，几乎没有天线效应，寄生电容在几pF以内，断绝了测试导致的寄生产生的安全隐患。

总结

综上所述，光隔离探头在各方面性能上其实已经全面超越了差分探头，而对于有需求进行双脉冲实验的用户，麦科信光隔离探头更是不二之选。

审核编辑 黄宇