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以碳化硅（SiC）和氮化鎵（GaN）器件為代表的寬禁帶半導(dǎo)體器件具有更高的擊穿電壓、開(kāi)關(guān)速度和溫度容限，在電力電子系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)日益凸顯。依據(jù)SiC/GaN器件開(kāi)關(guān)特性展開(kāi)的研究有很多，如器件建模、驅(qū)動(dòng)器改進(jìn)、串?dāng)_抑制等，然而隨著開(kāi)關(guān)速度的提高，SiC/GaN器件在研究和應(yīng)用過(guò)程中逐漸顯現(xiàn)出其暫態(tài)電壓難以精確測(cè)量的問(wèn)題，這很可能導(dǎo)致相關(guān)研究結(jié)論存在一定偏差。

探頭作為測(cè)量系統(tǒng)的重要組成部分，直接與被測(cè)電路相連，因此正確選擇和使用電壓探頭對(duì)電壓信號(hào)精確測(cè)量至關(guān)重要。相比于傳統(tǒng)硅器件，SiC/GaN器件的暫態(tài)時(shí)間更短，電壓探頭的性能對(duì)SiC/GaN器件暫態(tài)電壓測(cè)量結(jié)果的影響程度更大，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)電壓探頭研究的重視度不足。

北航等院?？蒲腥藛T在進(jìn)行雙脈沖測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)上管驅(qū)動(dòng)側(cè)電壓的實(shí)測(cè)波形與理論不符，深入分析和研究表明，是所用探頭的共模抑制比較低所致。對(duì)于電壓探頭在測(cè)量高頻暫態(tài)電壓時(shí)出現(xiàn)的一些問(wèn)題，如探頭和示波器不匹配、多通道信號(hào)顯示不同步、探頭帶寬選擇錯(cuò)誤等，現(xiàn)有研究的分析尚不充分。

極少數(shù)主流的探頭廠商會(huì)給出應(yīng)用手冊(cè)予以說(shuō)明，但是這些手冊(cè)缺乏對(duì)探頭電路原理的分析，致使使用者對(duì)問(wèn)題出現(xiàn)的原因不能充分理解。而相關(guān)研究重點(diǎn)關(guān)注的是目標(biāo)信號(hào)的整體開(kāi)關(guān)波形或變化幅度而非局部暫態(tài)波形。

圖1 典型示波器電壓探頭

電壓探頭會(huì)顯著影響SiC器件高頻暫態(tài)電壓測(cè)量的精確性，正確選擇和使用電壓探頭對(duì)寬禁帶電力電子器件高頻暫態(tài)電壓的精確測(cè)量至關(guān)重要。北航等院校的科研人員針對(duì)這一現(xiàn)象進(jìn)行了深入分析：首先說(shuō)明了電壓探頭的種類(lèi)及其主要性能指標(biāo)，建立了幾種典型示波器探頭的電路模型；其次定性和定量分析了電壓探頭的帶寬/上升時(shí)間、寄生電感和共模抑制比等幾個(gè)關(guān)鍵因素對(duì)探頭測(cè)量結(jié)果的影響；最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試驗(yàn)證了有關(guān)分析。

圖2 雙脈沖測(cè)試平臺(tái)

理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，為精確測(cè)量寬禁帶電力電子器件的高頻暫態(tài)電壓，應(yīng)采取以下措施：

1）明確所測(cè)暫態(tài)電壓的特點(diǎn)，并結(jié)合常用電壓探頭的特性，進(jìn)而確定合適的探頭進(jìn)行測(cè)量。

2）根據(jù)開(kāi)關(guān)器件輸入/輸出電容的大小和波形測(cè)量精度的需要，確定電壓探頭的輸入電容和帶寬/上升時(shí)間。

3）盡可能地減小電壓探頭前端的寄生電感，有效措施包括采用接地彈簧、縮短探頭和探測(cè)點(diǎn)間非必要的接線等。

4）測(cè)量差分信號(hào)時(shí)，根據(jù)信號(hào)共模分量和差模分量之比，選擇合適共模抑制比的差分探頭。有源高壓差分探頭的共模抑制比在高頻時(shí)通常較低，其不適用于測(cè)量具有低共模分量的差分信號(hào)，該類(lèi)信號(hào)可由共模抑制比性能突出的光隔離探頭測(cè)量。

以上研究成果發(fā)表在2021年第2期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“電壓探頭對(duì)寬禁帶器件高頻暫態(tài)電壓精確測(cè)量的影響”，作者為何杰、劉鈺山、畢大強(qiáng)、李曉。