PKDV5151差分探头在SiC模块上管门极电压测试中的应用案例

一、项目背景：新能源汽车 SiC 模块测试需求

某新能源汽车零部件企业为提升车载充电机（OBC）的功率密度与能效，将传统硅基 IGBT 模块升级为 1200V/45A SiC MOSFET 模块（英飞凌 IMW120R045M1H）。在模块集成与性能验证阶段，需精准测量上管门极电压（Vgs），评估开关特性（开通延迟、关断振荡）与驱动电路匹配性，确保模块在整车高压环境下稳定工作。

该企业此前采用传统单差分探头测试时，因 SiC 模块 1200V 母线共模电压、100kHz 高频开关产生的强电磁干扰，导致门极电压波形失真严重，幅值测量误差超 5%，无法满足 ±2% 的精度要求，亟需更可靠的测试方案。

二、核心测试难题：SiC 模块门极电压测量的三大挑战

1. 高共模电压冲击：SiC 模块上管源极（S）与系统地存在 1200V 母线共模电压，传统单探头共模抑制比（CMRR）不足（<50dB@100kHz），易引发信号叠加，导致 Vgs 测量值偏离实际值；

2. 高频信号失真：SiC 模块开关上升 / 下降时间仅 4-6ns，传统探头带宽（<60MHz）无法捕捉纳秒级波形细节，上升沿出现衰减，关断振荡幅度误判；

3. 地环路干扰：测试系统中示波器、SiC 驱动板、隔离电源接地电位差异，形成地环路电流，在门极信号中叠加 50Hz 周期性噪声，信噪比低于 25dB。

三、测试方案选型：双 PKDV5151 差分探头的适配性

针对上述难题，技术团队对比多款测试设备后，选择普科科技 PKDV5151 差分探头（2 台）构建双探头测试系统，核心适配性体现在：

高共模抑制能力：PKDV5151 在 100kHz 频段 CMRR>60dB，可抑制 1200V 母线共模干扰，减少噪声叠加；

宽频带与低寄生参数：100MHz 带宽可完整捕捉纳秒级开关波形，≤10pF 输入寄生电容避免与门极回路形成 LC 振荡；

安全与精度兼顾：CAT III 600V 安全等级适配高压测试环境，±2% 测量精度满足 SiC 模块参数验证需求。

四、方案实施：双探头测试系统搭建与操作流程

1. 设备清单与连接

2. 关键操作步骤

1. 探头校准：使用示波器 1kHz/5V 标准方波，对双 PKDV5151 进行幅度与相位校准，确保 CH1、CH2 通道增益误差≤0.5dB，时间延迟≤1ns；

2. 参数设置：示波器垂直刻度 CH1 设为 5V/div（覆盖 - 5V~+20V Vgs）、CH2 设为 200V/div（覆盖 0~1200V Vsg），时基设为 2ns/div，触发方式为 CH1 边沿触发（触发电平 = 5V，对应 SiC 开通阈值）；

3. 数据采集：在 SiC 模块开关频率 100kHz、负载电流 20A 工况下，采集 100 组 Vgs、Vsg 波形，通过数学运算获取门极对地电压（Vg=Vgs-Vsg）。

五、测试结果：精准解决三大难题

1. 共模干扰抑制效果：实测 100kHz 频段 CMRR 达 62dB，Vsg 波形波动幅度≤5V，Vg 波形无共模噪声叠加，信噪比提升至 35dB；

2. 波形精度与参数准确性：Vgs 幅值理论值 + 15V，实测平均值 14.82V（误差 1.2%），上升沿时间 4.2ns（偏差 0.3ns），关断振荡幅度≤0.8V，完全满足精度要求；

3. 地环路干扰消除：通过隔离电源与单点接地设计，50Hz 周期性噪声消失，波形稳定性显著提升，连续测试 1 小时数据波动≤0.5%。

六、项目价值：助力 SiC 模块量产与性能优化

1. 研发效率提升：双探头方案将测试误差从 5% 降至 1.2%，避免因波形失真导致的驱动电路反复调试，研发周期缩短 20%；

2. 量产质量保障：标准化测试流程可快速复制至产线，实现 SiC 模块门极电压参数 100% 检测，不良品率从 3% 降至 0.5%；

3. 成本节约：PKDV5151 相比进口同类探头成本低 30%，且支持多场景复用（如光伏逆变器 SiC 模块测试），设备投入回报周期缩短至 6 个月。

七、应用总结

双 PKDV5151 差分探头通过 “差模信号提取 + 共模电压补偿” 机制，精准解决了 SiC 功率器件门极电压测试中的高共模、高频失真、地环路干扰难题，不仅为新能源汽车车载充电机 SiC 模块测试提供了可靠方案，也为光伏、工业驱动等领域的 SiC 器件测试提供了可复用的技术范式，是功率器件研发与量产阶段的高性价比测试选择。

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