產(chǎn)品搜索
設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器時(shí),理想狀態(tài)下的功率損失為0%,如圖2 所示。
理想情況下,開關(guān)設(shè)備只有“開”或“關(guān)”兩種狀態(tài),如 圖3 所示,并能瞬間在這兩種狀態(tài)間切換。在“開”狀態(tài)時(shí), 開關(guān)的阻抗為零歐姆,無論通過開關(guān)的電流有多大,都不 會(huì)在開關(guān)中耗散任何功率。在“關(guān)”狀態(tài)時(shí),開關(guān)的阻抗 為無限大,無電流流過,因此不耗散任何功率。 然而,實(shí)際上在“開”到“關(guān)”(關(guān)斷)和“關(guān)”到“開”(開 通)的轉(zhuǎn)換過程中會(huì)耗散功率。這些非理想行為是由于電 路中的寄生元件造成的。如圖4 所示,門極上的寄生電容 會(huì)減緩器件的切換速度,延長開通和關(guān)斷時(shí)間。MOSFET 的漏極和源極之間的寄生電阻在漏電流流動(dòng)時(shí)會(huì)耗散功 率。
還需要考慮MOSFET 體二極管的反向恢復(fù)損失。二極 管的反向恢復(fù)時(shí)間是衡量二極管切換速度的一個(gè)指標(biāo), 因此會(huì)影響轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的切換損失。
因此,設(shè)計(jì)工程師需要測量所有這些時(shí)間參數(shù),以盡量 減少切換損失,從而設(shè)計(jì)出更高效的轉(zhuǎn)換器。
優(yōu)選的測試方法來測量MOSFET 或IGBT 的切換參數(shù) 是“雙脈沖測試”方法。本應(yīng)用說明將描述雙脈沖測試 及其實(shí)施方式。具體來說,本應(yīng)用說明將解釋如何使用 Tektronix AFG31000 任意函數(shù)發(fā)生器生成脈沖,并使 用4、5 或6 系列MSO 示波器測量重要參數(shù)。
雙脈沖測試是一種測量功率設(shè)備的切換參數(shù)和評估動(dòng)態(tài) 行為的方法。使用這種應(yīng)用的用戶通常希望測量以下切換 參數(shù):
此測試的執(zhí)行目的是:
圖5 展示了一個(gè)典型的雙脈沖測試電路。
什么是雙脈沖測試?
圖5:雙脈沖測試電路。
該測試使用感應(yīng)負(fù)載和電源進(jìn)行。電感用于復(fù)制轉(zhuǎn) 換器設(shè)計(jì)中的電路條件。電源用于向電感提供電壓。 AFG31000 用于輸出脈沖,這些脈沖觸發(fā)MOSFET 的 門極,從而使其開啟并開始導(dǎo)電。
圖6 展示了使用MOSFET 進(jìn)行雙脈沖測試時(shí)不同階段 的電流流向。使用IGBT 作為待測設(shè)備時(shí)的電流流向如 圖7 所示。
圖8 展示了在低側(cè)MOSFET 或IGBT 上取得的典型測量數(shù)據(jù)。以下是雙脈沖測試的不同階段(這些階段對應(yīng)圖6、 圖7 和圖8)
下一部分將討論測試設(shè)置和測量方式。
圖9 展示了進(jìn)行雙脈沖測試的設(shè)備設(shè)置。需要以下設(shè)備:
低側(cè)探測:
高側(cè)探測:
高壓電源:
門驅(qū)動(dòng)電路電源:
雙脈沖測試設(shè)置
AFG31000 的雙脈沖測試應(yīng)用可以直接從tek.com 網(wǎng)站下載,并安裝到AFG31000 上。圖10 展示了雙脈沖測試應(yīng) 用在AFG31000 主屏幕上的圖標(biāo),該應(yīng)用被下載并安裝到設(shè)備上后即可見。
雙脈沖測試應(yīng)用讓用戶能夠創(chuàng)建具有不同脈寬的脈沖,這一直是主要的用戶痛點(diǎn),因?yàn)閯?chuàng)建具有不同脈寬的脈沖的 方法耗時(shí)。這些方法包括在PC 上創(chuàng)建波形并上傳到函數(shù)發(fā)生器。其他方法是使用需要大量編程工作和時(shí)間的微控 制器。AFG31000 上的雙脈沖測試應(yīng)用使得用戶能夠直接從前端顯示屏進(jìn)行操作。該應(yīng)用直觀且快速設(shè)置。**個(gè) 脈寬調(diào)整以獲得所需的開關(guān)電流值。**個(gè)脈沖也可以獨(dú)立于**個(gè)脈沖進(jìn)行調(diào)整,通常比**個(gè)脈沖短,以防止功 率設(shè)備被破壞。用戶還可以定義每個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔。
圖11展示了雙脈沖測試應(yīng)用窗口。在這里,用戶可以設(shè)置:
AFG31000 上的雙脈沖應(yīng)用
圖12 展示了雙脈沖測試的實(shí)際測試設(shè)置。
圖12 展示了雙脈沖測試的實(shí)際測試設(shè)置。
在這個(gè)例子中,使用ST Micro-Electronics 的評估板作為N 溝道功率MOSFET 和IGBT 的門驅(qū)動(dòng)器:EVAL6498L, 如圖13 所示。
使用的MOSFET 也來自ST Micro-Electronics: STFH10N60M2。這些是N 溝道600V MOSFET,額定 漏電流為7.5A。
測試電路中使用的其他設(shè)備和器件包括:
電源連接如下:
一旦所有電源連接都已**連接,我們可以將示波器的 探頭連接到Q2(低側(cè)MOSFET),如圖14 所示。
細(xì)心的探測和優(yōu)化將幫助用戶獲得好的結(jié)果。用戶可以 采取一些步驟來進(jìn)行準(zhǔn)確和可重復(fù)的測量,如從測量 中移除電壓、電流和時(shí)間誤差。如4/5/6 系列MSOs 的 WBG-DPT 選項(xiàng)的自動(dòng)化測量軟件消除了手動(dòng)步驟,節(jié) 省時(shí)間并提供可重復(fù)的結(jié)果。
現(xiàn)在可以在AFG31000 上設(shè)置雙脈沖測試,如圖15 所 示的屏幕捕獲。
脈沖的幅度設(shè)置為2.5 伏。**個(gè)脈沖的脈寬設(shè)置為10 微秒,間隙設(shè)置為5 微秒,**個(gè)脈沖設(shè)置為5 微秒。觸發(fā) 設(shè)置為手動(dòng)。
SMU 儀器設(shè)置為向HV 源輸入100 伏。配置好門驅(qū)動(dòng)信號和電源后,現(xiàn)在可以使用示波器上的WBG-DPT 應(yīng)用來配 置和執(zhí)行雙脈沖測試。
WBG-DPT 應(yīng)用相較于手動(dòng)測試提供了幾個(gè)重要優(yōu)勢:
有關(guān)WBG-DPT 應(yīng)用的更多信息,請參閱數(shù)據(jù)表。
測量分為開關(guān)參數(shù)分析、開關(guān)定時(shí)分析和二極管恢復(fù)分 析。
脈沖的幅度設(shè)置為2.5 伏。**個(gè)脈沖的脈寬設(shè)置為 10 微秒,間隙設(shè)置為5 微秒,**個(gè)脈沖設(shè)置為5 微秒。 觸發(fā)設(shè)置為手動(dòng)。
SMU 儀器設(shè)置為向HV 源輸入100 伏。配置好門驅(qū)動(dòng) 信號和電源后,現(xiàn)在可以使用示波器上的WBG-DPT 應(yīng) 用來配置和執(zhí)行雙脈沖測試。
雙脈沖測試測量
/5/6 系列MSO 上的雙脈沖測試軟件
WBG Deskew 功能