如何为功率器件、变换器测试挑选合适的探头?

　　探头与示波器被称为工程师的眼睛，是工程师进行电信号测量时必不可少的工具。探头在功率领域的应用是其发挥作用的重要方面，包括功率器件测试和变换器测试两个方面。

　　主要的使用者包括功率半导体公司的器件研发工程师、测试工程师、应用工程师、现场应用工程师，电源公司的器件认证工程师、硬件研发工程师、测试工程师，高校、科研院院所的相关科研人员。

　　探头的种类众多，常见的包括无源探头、高压单端探头、高压差分探头、电流探头等。同时，每种探头又有非常多的品牌规格型号，令工程师眼花缭乱。

　　此篇文章，我们将针对功率领域，按照变换器的设计流程：功率器件测量、单板调试、整机调试、三个环节，为广大工程师提供一份探头选型指导。

　　功率器件测量

　　功率器件测量主要发生在器件研发、器件选型阶段，通常是在专用的测试板上进行的，需要准确地测量功率器件的端电压、端电流和驱动电压。测试项目包括开关/反向恢复特性测量、栅电荷测量、雪崩测试、短路测试。

　　· 驱动电压

　　10倍无源探头：带宽高可达1GHz、衰减倍数小，使用无源探头能够获得精准的驱动电压波形。由于其属于无源探头，故仅能用于测量下管器件的驱动电压。

　　泰克10X无源探头

　　在使用10倍无源探头测量驱动电压时，需要注意接地线的影响和阻抗匹配。

　　单板调试

　　单板调试是在功率变换器研发阶段对控制电路、主功率电路进行单独功能性调试。对控制电路进行测试包括供电、控制器、采样调理电路、控制信号、传感器等，可以使用10倍无源探头。各类配件能够帮助工程师轻松完成测试，如下图所示。高压差分探头也可以用于控制电路测试，但其测量结果精度较低。

　　对于主功率电路调试，测试精度进度要求并不高，仅进行功能性验证。器件端电压和驱动电压采用高压差分探头测量，上管和下管均可测量，器件端电流用罗氏线圈测量，桥臂中点电流用霍尔电流探头或罗氏线圈测量。

　　整机调试

　　完成单板测试后就可以进行整机调试了，包括控制电路功能测试、主功率电路功能测试、功率因数测试、效率测试、电压调整率测试、负载调整率测试、短路保护测试、过流保护测试、环路响应测试。在进行这些测试的过程中，都涉及到对控制电路和主功率电路关键信号进行测量，与单板调试不同的是，此时控制电路和主功率电路成为整理实现变换器整体运行，不再是分离状态。

　　在整机调试阶段，测量电压信号多采用高压差分探头，其差分输入避免了无源探头可能会导致的环流问题，不会轻易影响变换器的正常工作。在使用高压差分探头时，需要选择根据被测信号幅度选择量程更小的高压差分探头，以提高测量精度。同时，还需要将高压差分探头前端接线进行双绞，减小由于前端接线过长导致的震荡问题。

　　在整机调试阶段涉及多处电流测量，可以根据被测电流信号的位置和频率选择不同的工具。对功率器件端电流进行测量时，往往需要试用罗氏线圈，因为只有罗氏线圈才能套入单管器件引脚或功率模块端子完成测量。对变换器中关键位置电流进行测试时，包括电感电流、变压器电流、桥臂中点电流等，可以使用罗氏线圈或霍尔电流探头，注意此时选择的霍尔电流探头的带宽需满足被测信号的要求。对变换器输入输出电流进行测试时，可以使用罗氏线圈或霍尔电流探头，由于此时被测电流频率较低，选择的霍尔电流探头带宽不用很高。

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