脉知技术20kV SiC MOSFET测量方案
一、背景概述
随着碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）等宽禁带功率器件加速进入新能源汽车、光伏储能、电力电子和高端装备领域，器件开关速度、功率密度与工作电压不断提升。尤其是20kV级高压SiC MOSFET的出现，对测试测量环节提出了前所未有的挑战——高速开关波形测量难度高、双脉冲测试对同步性要求高、高频高压环境干扰强，这些都对探头带宽、响应速度和波形保真度提出了严苛要求。 脉知技术（Meastek）围绕SiC、GaN等宽禁带功率器件的双脉冲测试、功率模块验证与驱动电路调试，提供覆盖高压探头、电流探头、电流传感器、电源与系统平台的完整测量方案，支持器件研发、模块评估与系统级测试。
二、核心测量产品
1. 1 脉知HP6015A高压单端探头
HP6015A是脉知技术推出的20kV级高压单端无源探头，可兼容替代进口探头，专为高压电路测试研发。主要技术参数如下：
| 参数 | 规格 |
| 最大测量交直流电压 | 20kV |
| 最大脉冲峰值电压 | 40kV-pk（≤100ms） |
| 带宽 | 100MHz |
| 上升时间 | ≤3.5ns |
| 衰减倍数 | 1000X |
| 输入阻抗 | 100MΩ |
| 输入电容 | ≤3pF |
| 补偿范围 | 7pF~49pF |
| 精度 | ±3% |
| 延时时间 | 16ns |
| 温度系数 | ≤0.006%/℃ |
HP6015A采用标准的BNC接口，可匹配任何厂家示波器，非常适合单端对地的高电压测量场合。与同类产品相比，脉知HP6015A的数据一致性较好，探头积分器前端结构设计合理，能较好地与示波器连接和插拔，且保修期长达2年。
1.2 典型应用场景：
（1）高压等离子测量
（2）变频器研发
（3）开关电源设计
（4）电机驱动设计
（5）电子镇流器设计
（6）逆变器
（7）UPS电源测试
（8）高压电路板测试
2.1 脉知MDP4020K超高压差分探头 MDP4020K是脉知MDP4000K系列中的超高压差分探头，面向超高压差分信号和浮地高压测量场景，适用于20kV级SiC MOSFET的浮地电压测量。主要技术参数如下：
| 参数 | 规格 |
| 模拟带宽 | 50MHz |
| 最大差分测量电压 | ±20kV |
| 有效值 | ±14.14kVrms |
| 上升时间 | ≤7ns |
| 衰减比 | 5000X |
| 测量精度 | 1% |
| 共模电压 | ±20kV |
| 输入阻抗 | 两输入端：100MΩ |
| 输入电容 | 单端对地：<5pF；两输入端：<2.5pF |
| 延时时间 | 主机：9ns；BNC线1m：5ns |
| 电源 | USB 5V/1A适配器 |
MDP4020K采用一体式超高压差分探头设计，配备标准BNC输出接口，可与任何厂家的示波器配合使用。探头具备良好的共模噪声抑制能力，输入端具有较高输入阻抗和较低电容，可以准确高速地测量差分电压信号。
2.2 典型应用场景：
（1）超高压储能逆变测试
（2）高压脉冲测试
（3）等离子体或电子束测量
（4）高压点火器测试
（5）纳秒脉冲肿瘤消融术
（6）EMC高压试验
（7）高压脉冲电源与发生器研发
三、20kV SiC MOSFET测量方案架构
针对20kV SiC MOSFET的完整测量方案，脉知技术建议采用以下测试链路架构：
3.1 双脉冲测试方案 双脉冲测试是验证功率器件开通、关断、反向恢复和开关损耗表现的核心测试场景。对于20kV SiC MOSFET，推荐配置如下：
| 测试项目 | 推荐产品 | 关键指标 |
| 漏源电压（Vds）测量 | HP6015A高压单端探头 | 100MHz带宽，20kV量程 |
| 浮地/差分电压测量 | MDP4020K高压差分探头 | 50MHz带宽，±20kV量程 |
| 漏极电流（Id）测量 | 脉知高精度电流传感器/罗氏线圈 | 高带宽，大电流量程 |
| 栅极电压（Vgs）测量 | 脉知低压差分探头 | 高精度，低延迟 |
| 波形采集与分析 | 高带宽示波器（≥500MHz） | 多通道同步采集 |
3.2 测量链路配置要点
3.2.1 电压测量链路： Vds（漏源电压）：使用HP6015A高压单端探头，1000倍衰减，直接测量SiC MOSFET的漏源两端电压。100MHz带宽可确保捕捉到SiC器件纳秒级的高速开关瞬态。
3.2.2 浮地/差分测量：当被测电路无法直接对地参考时，使用MDP4020K高压差分探头进行浮地电压测量，50MHz带宽配合±20kV量程，满足20kV SiC MOSFET的全电压范围测试需求。
3.2.3 电流测量链路： 配合脉知高精度电流传感器或刚性罗氏线圈，实现大电流、高di/dt环境下的精确电流波形采集。
3.2.4 同步与抗干扰： 功率模块验证中需要同时观测电压、电流和开关损耗，测试链路的时序同步、延迟控制和抗干扰能力直接影响测试结果。
HP6015A的延时时间为16ns，MDP4020K的延时时间（主机+BNC线）约14ns，两者延时接近，有利于多通道同步测量。
四、方案优势
1、高带宽覆盖：HP6015A提供100MHz带宽，MDP4020K提供50MHz带宽，满足20kV SiC MOSFET高速开关瞬态的捕捉需求。
2、全电压量程覆盖：从单端对地测量（HP6015A，20kV/40kV脉冲）到浮地差分测量（MDP4020K，±20kV），覆盖20kV SiC MOSFET所有电压测量场景。
3、高精度与一致性：HP6015A精度±3%，MDP4020K精度1%，数据一致性好，测试结果可靠。
4、良好的兼容性：均采用标准BNC接口，可匹配任何厂家示波器，方便集成到现有测试平台。
5、完善的售后保障：HP6015A国产化，提供长期技术支持与维修服务，降低长期使用成本。
五、总结
脉知技术面向20kV SiC MOSFET的测试需求，以HP6015A高压单端探头和MDP4020K超高压差分探头为核心，配合高精度电流传感器和测试平台，构建了覆盖双脉冲测试、功率模块验证、驱动电路调试等场景的完整测量方案。该方案在带宽、量程、精度和抗干扰能力等方面均能满足20kV级SiC功率器件研发与测试的严苛要求，为工程师提供可靠的高压测量支持。