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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、电源纹波测量四个环节，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，具体可以参考下面往期推荐。

高压差分探头：其为差分输入，故可以用于上管测试，但由于其CMRR不够高，其测量结果正确性和精度不足以用于精准的器件特性分析；属于有源探头，输入阻抗相比10倍无源探头更大，当被测器件发生损坏时，对示波器来讲更加安全；由于其衰减倍数较大，一般在50倍以上，导致其测量的驱动电压波形上噪声较大、精度较低；由于其端部接线长度较长，容易受到干扰，导致测量结果错误。

光隔离探头：带宽高可达1GHz，最小衰减比仅1倍，1GHz下CMRR高达-90dB，使用光隔离探头能够获得最准确的驱动电压波形，是现阶段测量上管驱动电压波形的最佳工具。

▲泰克ISOVu光隔离探头

• 端电压

10倍无源探头：可用于200V以下器件端电压测量，能够获的最精准的端电压测量结果。在使用时同样需要注意接地线的影响和阻抗匹配问题，且只能用于下管测量。

高压单端探头：最高测量范围高达2500V，最高带宽可达800MHz，能够获的最精准的端电压测量结果。在使用时同样需要注意接地线的影响和阻抗匹配问题，且只能用于下管测量。

▲泰克高压单端探头

高压差分探头：最高测量范围高达6500V，差分输入，可用于上管器件测量。与测量驱动电压时原因相同，测试精度较无源探头差，带宽不够高。最高带宽达200MHz，无法满足高速器件，如SiC、GaN器件动态特性精准测试的要求。

▲泰克高压差分探头

• 端电流

罗氏线圈：测量范围从几十A到几千安无饱和问题，只能测量交流电流，无法测量直流电流，正好可以用于测量器件开关/反向恢复特性。罗氏线圈正好套入器件中测量电流，如分立器件的引脚、功率模块的端子、功率模块的键合线，这样的方式不会破坏主功率线路而对器件特性造成影响。但其最高带宽仅为30MHz，无法精准测量高速器件的电流。

▲泰克罗氏线圈

同轴电阻：最大带宽可达1GHz以上，特殊安装方式引入功率回路的寄生电感较小，测量精度高，能够获得精准的器件断电流，特别对SiC、GaN器件更是不二之选。

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。

▲泰克电流探头

进行随机和周期干扰（PARD）、静态和动态负载响应、可编程电源响应以及类似的电源完整性测量需要选择专用的电源轨探头。其具有50Ω输出阻抗、1.1:1衰减比、可调偏置电压，能够获得精度高、信噪比高的测试结果。其能够实现最小环路测量，且抗干扰能力强，不会出现错误波形而影响后续分析判断。其带宽高达1GHz、负载效应低，能够捕获被测信号的细节且不影响变换器的正常工作。

▲泰克电源轨探头及附件