Crosstalk（串?dāng)_）

圖1

在圖1的半橋電路中，動(dòng)作管為下管S1，施加在上管S2的為關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號(hào)，其體二極管處于續(xù)流狀態(tài)。當(dāng)S1進(jìn)行開(kāi)通時(shí)，其端電壓VDS1下降，則S2開(kāi)始承受反向電壓，其兩端的電壓VDS2以dV/dt的速度快速上升。那么dV/dt就會(huì)通過(guò)S2的Crss產(chǎn)生位移電流Irss=Crss*dV/dt，Irss會(huì)流入S2的驅(qū)動(dòng)回路，對(duì)CGS充電，并在RG上產(chǎn)生壓降。最終導(dǎo)致的結(jié)果就是S2的驅(qū)動(dòng)電壓被向上拉起，出現(xiàn)一個(gè)正向的尖峰，如果超過(guò)S2的Vth，則會(huì)導(dǎo)致誤導(dǎo)通，輕則增加損耗，重則橋臂短路發(fā)生炸機(jī)。我們將這一過(guò)程稱為正向Crosstalk。

圖2

S1依舊為動(dòng)作管，只是這次它進(jìn)行的是關(guān)斷。此時(shí)整個(gè)過(guò)程與正向Crosstalk原理一樣，只是電壓和電流的變換方向相反，最終S2的驅(qū)動(dòng)電壓被向下拽，出現(xiàn)一個(gè)反向的尖峰。我們都知道SiC MOSFET柵極耐壓能力很差，負(fù)向的尖峰會(huì)對(duì)其柵極造成損傷，影響SiC MOSFET的壽命或直接將其柵極擊穿。我們將這一過(guò)程稱為負(fù)向Crosstalk。

圖3

圖4

其實(shí)無(wú)論是Si MOSFET還是IGBT都存在Crosstalk的問(wèn)題，并不是SiC MOSFET特有的。但是SiC MOSFET開(kāi)關(guān)速度更快、Vth偏?。ㄒ话阍?.5V-4.5V）、柵極耐壓能力較弱，這就使得Crosstalk對(duì)SiC MOSFET而言后果更加嚴(yán)重、處理起來(lái)更加困難。

為了抑制Crosstalk，首先要做到的是測(cè)得準(zhǔn)確的Crosstalk波形。但由于以下兩大原因，使得工程師往往獲得是錯(cuò)誤的波形，常常導(dǎo)致一通操作猛如虎，實(shí)際效果兩毛五。

原因1：寄生參數(shù)影響

在剛才講解Crosstalk原理的時(shí)候，為了表達(dá)簡(jiǎn)潔，圖1和圖3中所給出的電路圖是進(jìn)行簡(jiǎn)化后的。當(dāng)考慮很多存在的寄生參數(shù)后，我們得到圖5中給出的等效電路。SiC MOSFET芯片上實(shí)際的驅(qū)動(dòng)電壓為VGS，而我們使用電壓探頭獲得的是VGS-M。兩者的區(qū)別是VGS-M不光包含了VGS，還包含了SiC MOSFET芯片柵極電阻RG(int)上的壓降VRG和寄生電感L上的壓降VL。導(dǎo)致這種情況發(fā)生的原因是電壓探頭無(wú)法直接接在SiC MOSFET的芯片上，只能接在器件封裝的引腳上，則RG(int)和L都在測(cè)量點(diǎn)之間。

圖5

通過(guò)仿真結(jié)果可以看到，通過(guò)電壓探頭測(cè)量得到的Crosstalk波形都比實(shí)際發(fā)生的Crosstalk偏低，這就是說(shuō)，由于寄生參數(shù)的影響，Crosstalk的嚴(yán)重程度被低估了。這就會(huì)導(dǎo)致以下兩種情況：一是通過(guò)測(cè)量結(jié)果判斷Crosstalk在可接受范圍內(nèi)，然而實(shí)際已經(jīng)發(fā)生誤導(dǎo)通；二是工程師費(fèi)了很大功夫，看似將Crosstalk抑制住了，實(shí)際還差很遠(yuǎn)。由于RG(int)和L無(wú)法避免，也就是這種測(cè)量誤差無(wú)法被消除，那么電源工程師在使用SiC MOSFET時(shí)就需要為Crosstalk留出足夠的裕量。

同時(shí)，測(cè)量結(jié)果與真實(shí)Crosstalk之間的差別會(huì)隨著RG(int)和L的增大而增大，這就啟示我們可以選擇RG(int)的SiC MOSFET，同時(shí)在進(jìn)行測(cè)量時(shí)盡量將探頭接在器件引腳的根部，這樣就可以盡量縮小誤差。

圖6

圖7

原因2：未使用合適的電壓探頭

在進(jìn)行電源調(diào)試時(shí)，往往使用的是高壓差分探頭測(cè)量電壓信號(hào)，其測(cè)量范圍廣、差分輸入、高阻抗的特點(diǎn)深受電源工程是的喜愛(ài)。

圖示為泰克高壓差分探頭

但在測(cè)量Crosstalk波形時(shí)差分探頭就不再適用了。首先Crosstalk的幅度范圍在±10V以內(nèi)，高壓差分探頭的衰減倍數(shù)大，這就導(dǎo)致測(cè)量誤差大、噪聲大。其次，高壓差分探頭前端的測(cè)量線很長(zhǎng)，相當(dāng)于一個(gè)天線，會(huì)接收到SiC MOSFET開(kāi)關(guān)過(guò)程中快速變化的電流產(chǎn)生的干擾信號(hào)，從而影響測(cè)量結(jié)果。最后，高壓差分探頭前端的測(cè)量線可以看做是電感，容易使得測(cè)量結(jié)果中出現(xiàn)本不存在的震蕩。

從下邊的實(shí)測(cè)結(jié)果中可以看到，使用高壓差分探頭測(cè)量得到的Crosstalk波形顯得很粗，同時(shí)其震蕩幅度很高，正向Crosstalk尖峰已經(jīng)超過(guò)SiC MOSFET的Vth（3.5V），然而此時(shí)并未發(fā)生誤導(dǎo)通，說(shuō)明這樣的測(cè)試結(jié)果是有問(wèn)題的，同時(shí)負(fù)向Crosstalk尖峰也已經(jīng)超過(guò)了SiC MOSFET柵極耐壓極限（-10V）。而當(dāng)使用光隔離探頭得到的Crosstalk波形與使用高壓差分探頭的波形有著明顯的區(qū)別，波形線條變細(xì)了，同時(shí)正向和負(fù)向Crosstalk尖峰都在可接受范圍之內(nèi)。這主要得益于光隔離探頭可以選擇更小的衰減倍數(shù)，同時(shí)其探頭前段與器件的連接可實(shí)現(xiàn)最小環(huán)路連接。

圖8

圖9

以上是測(cè)量下管Crosstalk的波形，那么當(dāng)我們需要測(cè)量上管Crosstalk的時(shí)候，情況又會(huì)如何呢。從下邊的實(shí)測(cè)波形可以看出，使用高壓差分探頭得到的波形更加離譜了，其震蕩的幅度超過(guò)了正向10V反向20V，而使用光隔離探頭測(cè)得的波形依然在可接受范圍之內(nèi)，這主要得益于光隔離探頭極佳的高頻共模抑制比。

圖10

圖11

圖示為泰克ISOVu新一代光隔離探頭

由此可見(jiàn)，高壓差分探頭并不合適用于測(cè)量Crosstalk，得到錯(cuò)誤的波形會(huì)對(duì)電路設(shè)計(jì)造成誤導(dǎo)，浪費(fèi)工程師的時(shí)間和精力。而選擇光隔離探頭可以獲得準(zhǔn)確的波形，無(wú)論是測(cè)量下管還是上管，都有非常優(yōu)異的表現(xiàn)。