知用CSD02M20同轴分流器在SiC MOSFET双脉冲动态特性测试中的应用

标称阻值：0.02Ω，精度≤1%

带宽 (-3dB)：2GHz，上升时间≤175ps

连续功率：2W，最大脉冲耐受能量 4J

结构：M3 螺栓单螺母固定，可反复拆装；后端 BNC 50Ω 信号输出，四端开尔文同轴无感结构

适配场景：DC~2GHz 宽频瞬态电流测量，SiC/GaN 第三代半导体开通 / 关断电流、反向恢复电流采样

二、测试背景与痛点

1. 测试对象

1200V SiC MOSFET（型号 C2M0025120D），新能源车载 OBC 车载充电机功率管，目标开关频率 400kHz，开关 di/dt 高达 10kA/μs，开通 / 关断电流峰值 30A。

2. 原有测量方案缺陷

前期采用罗氏线圈 + 铁芯高频电流探头测试，出现三大问题：

带宽仅 30MHz，无法捕捉 ns 级电流振铃，开关尖峰被大幅削平，开关损耗计算偏低 18%~25%；

高频交变磁场下铁芯发热严重，连续双脉冲测试 10 分钟探头温升超 60℃，存在烧毁风险；

罗氏线圈无法测直流稳态导通电流，难以精准提取导通压降、导通损耗参数。

3. 选型 CSD02M20 的核心原因

0.02Ω 阻值平衡电压幅值与功率损耗：30A 峰值电流产生 0.6V 压降，示波器 50Ω 输入档位下波形信噪比充足，同时连续 2W 功率满足稳态导通电流采样；

2GHz 超宽带宽完整覆盖 SiC 开关数百 MHz 谐波，175ps 上升时间还原真实瞬态电流振铃；

M3 螺栓型结构，直接锁附在双脉冲测试板低侧功率回路，拆装方便，适配多批次器件循环测试；

纯无感同轴电阻结构，无磁芯高频损耗，长时间连续测试无温升漂移，测量一致性高。

三、整体测试平台搭建

1. 硬件清单

被测件：1200V/90A SiC MOSFET C2M0025120D

电流采样：知用 CSD02M20（低侧串联）

电压探头：高压差分探头（1200V，1GHz 带宽）测 Vds 漏源电压

示波器：4 通道 3GHz 带宽数字示波器，输入阻抗设为 50Ω 匹配 BNC 同轴线缆

驱动与功率回路：双脉冲驱动板、524μH 负载电感、800V 直流母线电容

连接配件：50Ω 标准同轴信号线、防静电工装、扭矩扳手（螺母锁紧扭矩 0.5N・m）

2. 电路安装要点

安装位置：CSD02M20 串联在 SiC MOS 源极与功率地之间（低侧采样，示波器与功率电路共地，规避高压隔离风险）；

固定方式：PCB 预留 Φ10.5mm 导电铜环，M3 螺栓穿过孔位，单螺母均匀锁紧，控制扭矩 0.5N・m，防止内部电阻体形变劣化高频特性；

信号布线：BNC 接口直连 50Ω 同轴电缆，线缆长度统一控制 30cm 以内，减少高频信号反射；

校准：测试前使用高精度毫欧表复测分流器实际阻值 0.01987Ω，示波器通道系数按真实阻值换算电流：I=U_shunt/0.01987。

四、完整测试流程

步骤 1：平台上电与静态校验

母线电压预充至 800V，无脉冲驱动输出，测量静态漏电流，CSD02M20 基线噪声＜1mV，无零点漂移。

步骤 2：双脉冲参数设置

第一脉冲宽度：12μs，建立 30A 电感负载电流；

脉冲间隔：4μs；第二脉冲宽度：8μs，采集开通、关断瞬态波形；

重复频率：1kHz，连续循环测试 2 小时。

步骤 3：波形采集与数据记录

示波器同步采集三路信号：

CH1：Vds 漏源高压（差分探头）；

CH2：CSD02M20 输出采样电压（换算 Ids 漏极电流）；

CH3：栅极驱动 Vgs 波形。

步骤 4：多工况重复测试

分别在母线 600V/700V/800V、负载电流 10A/20A/30A 下循环采集，对比不同工况开关特性。

五、实测结果与方案优势

1. 波形还原效果（对比旧方案）

关断电流波形对比

开通电流波形对比

开通瞬态：CSD02M20 完整捕捉 12ns 电流上升沿，清晰复现母线寄生电感引发的高频振铃（300MHz 谐波）；原罗氏线圈方案上升沿被拉长至 120ns，尖峰幅值丢失 32%；

关断瞬态：精准测量 SiC 二极管反向恢复电流尖峰，峰值误差＜2%；传统探头反向恢复波形完全失真；

直流导通段：稳定采集 30A 稳态导通电流，连续 2 小时测试波形幅值漂移＜0.5%，无发热偏移。

2. 关键器件参数提取（基于 CSD02M20 采样数据）

开通损耗 Eon：800V/30A 工况下 12.4μJ；

关断损耗 Eoff：4.7μJ；

反向恢复电荷 Qrr：38nC；

最大 di/dt 开通速率：9.7kA/μs。

数据与器件原厂 datasheet 偏差≤4%，满足车载功率器件研发标定标准。

3. 长期测试稳定性

连续 2 小时 1kHz 双脉冲循环测试：

CSD02M20 表面最高温升 22℃（室温 25℃），无功率过载；

阻值复测前后偏差＜0.03%，高频带宽无衰减；

螺栓拆装 100 次后波形无明显畸变，机械可靠性优异。

六、方案解决的工程痛点

解决第三代半导体高频测量失真问题：2GHz 带宽覆盖 SiC/GaN 全频段瞬态，精准计算开关损耗，为 OBC 拓扑优化、缓冲电路设计提供真实数据；

消除磁芯探头烧毁风险：纯电阻无磁芯结构，高频无额外损耗，可长时间连续老化测试；

适配多批次批量测试：螺栓可拆卸结构，更换 MOS 管无需焊接分流器，单批次测试效率提升 60%；

兼顾交直流全量程测量：同时覆盖稳态导通直流电流、ns 级脉冲交流电流，一套设备完成动态 + 静态特性测试。

七、拓展适用场景

除 SiC/GaN 双脉冲测试外，CSD02M20 还可用于：

氮化镓快充电源高频开关电流采样；

功率二极管反向恢复特性测试；

脉冲功率源、等离子驱动窄脉冲电流测量；

实验室功率器件失效短路瞬态电流捕捉（4J 脉冲能量耐受）。

八、使用注意事项

1.仅支持低侧共地采样，不可直接测量高压侧电流；

2.示波器通道必须切换至 50Ω 阻抗匹配，否则高频波形会产生严重反射振铃；

3.螺母锁紧扭矩严格控制 0.5N・m，过紧损坏内部无感电阻，过松引入接触电感劣化带宽；

4.连续电流长期工作需控制功率≤2W，峰值脉冲不可超过 4J 能量限值。

以上内容由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科电子科技有限公司致力于示波器测试配附件研发、生产、销售，涵盖产品包含电流探头、差分探头、高压探头、无源探头、罗氏线圈、电流互感器、射频测试线缆及测试附件线等。致力于成为电子配附件国产化知名品牌；全面系统解决电子测试测量行业仪器附配件价格高、货期长、品类不全的三大痛点。为千万电子工程师彻底打通电子测试的“最后一厘米”!更多信息，欢迎登陆官方网站进行咨询：https://www.prbtek.cn/