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使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試

發(fā)布日期:2025-08-19 14:27:04         瀏覽數(shù):   

由于其在汽車(chē)和工業(yè)應(yīng)用中的優(yōu)異性能,用于電力電子的半導(dǎo)體材料正從硅過(guò)渡到諸如碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 的寬帶隙半導(dǎo)體。GaN和SiC可實(shí)現(xiàn)更小、更快、更高效的設(shè)計(jì)。監(jiān)管和經(jīng)濟(jì)壓力繼續(xù)推動(dòng)高壓電力電子設(shè)計(jì)的效率提升。更小和更輕的設(shè)計(jì)的功率密度優(yōu)勢(shì)在電動(dòng)汽車(chē)等空間受限和/或移動(dòng)用途中尤為明顯,但緊湊型電力電子設(shè)備也更廣泛地受到歡迎,特別是從降低系統(tǒng)成本的角度來(lái)看。同時(shí),隨著政府引入財(cái)政激勵(lì)措施和更嚴(yán)格的能效法規(guī),效率的重要性日益提高。

全球?qū)嶓w發(fā)布的指南,如歐盟的生態(tài)設(shè)計(jì)指令、美國(guó)能源部2016能效標(biāo)準(zhǔn)和中國(guó)質(zhì)量認(rèn)證中心 (CQC) mark管理電氣產(chǎn)品和設(shè)備的能效要求。在電力電子設(shè)備中提高能源效率的需求從發(fā)電點(diǎn)延伸到消費(fèi)點(diǎn),如圖1。功率轉(zhuǎn)換器在整個(gè)產(chǎn)生、傳輸和消耗鏈中在多個(gè)階段操作,并且因?yàn)檫@些操作中沒(méi)有一個(gè)是100% 有效的,所以在每個(gè)步驟處發(fā)生一些功率損耗。主要由于作為熱量損失的能量,這些整體效率的降低在整個(gè)循環(huán)中成倍增加。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖1)

圖1: 發(fā)電、輸電和耗電點(diǎn)的功率損耗 [1]。

在設(shè)計(jì)功率轉(zhuǎn)換器時(shí),0% 的功率損耗是理想的,如圖2。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖2)

圖2: 理想的電源轉(zhuǎn)換效率 。

然而,開(kāi)關(guān)損耗是不可避免的。因此,目標(biāo)是通過(guò)設(shè)計(jì)優(yōu)化來(lái)最小化損失。必須嚴(yán)格測(cè)量與效率相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)。

典型的轉(zhuǎn)換器將具有大約87% 至90% 的效率,這意味著10% 至13% 的輸入功率在轉(zhuǎn)換器內(nèi)耗散,大部分作為廢熱耗散。這種損耗的很大一部分在諸如mosfet或igbt的開(kāi)關(guān)器件中耗散。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖3)

圖3: 理想切換。

理想情況下,開(kāi)關(guān)設(shè)備處于 “開(kāi)” 或 “關(guān)” 狀態(tài),如圖所示圖3并在這些狀態(tài)之間瞬間切換。在 “接通” 狀態(tài)下,開(kāi)關(guān)的阻抗是零歐姆,并且無(wú)論有多少電流流過(guò)開(kāi)關(guān),在開(kāi)關(guān)中沒(méi)有功率耗散。在 “斷開(kāi)” 狀態(tài)下,開(kāi)關(guān)的阻抗是無(wú)限的,并且零電流流動(dòng),因此沒(méi)有功率耗散。

實(shí)際上,在 “開(kāi)” 和 “關(guān)” (關(guān)斷) 之間以及 “關(guān)” 和 “開(kāi)” (接通) 之間的轉(zhuǎn)換期間,功率被耗散。這些不理想的行為是由于電路中的寄生元件而發(fā)生的。如圖所示圖4,柵極上的寄生電容減慢了器件的開(kāi)關(guān)速度,延長(zhǎng)了接通和關(guān)斷時(shí)間。每當(dāng)漏極電流流動(dòng)時(shí),MOSFET漏極和源極之間的寄生電阻耗散功率。[2]

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖4)

圖4: A: MOSFET如何出現(xiàn)在原理圖上。B: 電路如何看待MOSFET。

還需要考慮MOSFET中的體二極管的反向恢復(fù)損耗。二極管的反向恢復(fù)時(shí)間是二極管中開(kāi)關(guān)速度的量度,因此影響轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的開(kāi)關(guān)損耗。

因此,設(shè)計(jì)工程師將需要測(cè)量所有這些定時(shí)參數(shù),以將開(kāi)關(guān)損耗保持在最低水平,從而設(shè)計(jì)出更高效的轉(zhuǎn)換器。

測(cè)量mosfet或igbt開(kāi)關(guān)參數(shù)的首選測(cè)試方法是“雙脈沖測(cè)試”方法。本應(yīng)用筆記將介紹雙脈沖測(cè)試及其實(shí)施方式。特別是,本應(yīng)用筆記將說(shuō)明如何使用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(cè)量重要參數(shù)。

什么是雙脈沖測(cè)試?

雙脈沖測(cè)試是一種測(cè)量開(kāi)關(guān)參數(shù)和評(píng)估功率器件動(dòng)態(tài)行為的方法。此應(yīng)用程序的用戶通常希望測(cè)量以下開(kāi)關(guān)參數(shù): [3]

開(kāi)啟參數(shù):開(kāi)啟延遲 (td (開(kāi))),上升時(shí)間 (t右), t開(kāi)(開(kāi)啟時(shí)間),E開(kāi)(能量),dv/dt和di/dt。然后確定能量損失。[4]

關(guān)閉參數(shù):關(guān)閉延遲 (td (關(guān)閉)),下降時(shí)間 (tf),t關(guān)(關(guān)閉時(shí)間),E關(guān)(關(guān)能量) 、dv/dt和di/dt。然后確定能量損失。[4]

反向恢復(fù)參數(shù):trr(反向恢復(fù)時(shí)間),Irr(反向恢復(fù)電流),Qrr(反向恢復(fù)電荷),Err(反向恢復(fù)能量) 、di/dt和Vsd(正向電壓)。[4]

本試驗(yàn)用于:

保證mosfet和igbt等功率器件的規(guī)格。

確認(rèn)電源設(shè)備或電源模塊的實(shí)際值或偏差。

在各種負(fù)載條件下測(cè)量這些開(kāi)關(guān)參數(shù),并驗(yàn)證許多設(shè)備的性能。

典型的雙脈沖測(cè)試電路如圖5。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖5)

圖5: 雙脈沖測(cè)試電路。

該測(cè)試使用電感負(fù)載和電源進(jìn)行。電感器用于復(fù)制轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)中的電路條件。電源用于向電感器提供電壓。AFG31000用于輸出觸發(fā)MOSFET柵極的脈沖,從而將其打開(kāi)以開(kāi)始電流傳導(dǎo)。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖6)

圖6: mosfet作為dut時(shí)的電流。

圖6顯示了使用mosfet進(jìn)行雙脈沖測(cè)試的不同測(cè)試階段內(nèi)的電流。使用igbt時(shí),將應(yīng)用相同的電流,如圖所示圖7。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖7)

圖7: 使用igbt作為dut的電流。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖8)

圖8: 雙脈沖測(cè)試的典型波形。

圖8顯示了在低側(cè)MOSFET或IGBT上進(jìn)行的典型測(cè)量。以下是雙脈沖測(cè)試的不同階段 (這些階段是指圖6、7和8)

由接通脈沖編號(hào)1表示的第一步驟是初始調(diào)整的脈沖寬度。這在電感器中建立電流。調(diào)整該脈沖以達(dá)到所需的測(cè)試電流 (Id),如圖8。

第二步驟 (2) 是關(guān)斷第一脈沖,其在續(xù)流二極管中產(chǎn)生電流。關(guān)閉周期較短,以保持負(fù)載電流盡可能接近通過(guò)電感器的恒定值。圖8示出了在步驟2中變?yōu)榱愕牡蛡?cè)MOSFET上的Id; 然而,電流流過(guò)電感器和高側(cè)二極管。這可以在圖6和圖7,因?yàn)殡娏髁鬟^(guò)高側(cè)MOSFET (未導(dǎo)通的MOSFET) 的二極管。

第三步驟 (3) 由第二接通脈沖表示。脈沖寬度短于第一脈沖,使得裝置不會(huì)過(guò)熱。第二脈沖需要足夠長(zhǎng)以進(jìn)行測(cè)量。中看到的電流過(guò)沖圖8是由于從高側(cè)MOSFET/IGBT反向恢復(fù)續(xù)流二極管。

然后在第一脈沖的關(guān)閉和第二脈沖的開(kāi)啟時(shí)捕獲關(guān)閉和開(kāi)啟定時(shí)測(cè)量。

下一節(jié)將討論測(cè)試設(shè)置以及如何進(jìn)行測(cè)量。

雙脈沖測(cè)試裝置

圖9顯示運(yùn)行雙脈沖測(cè)試的設(shè)備設(shè)置。需要以下設(shè)備:

AFG31000: 連接到隔離柵極驅(qū)動(dòng)器,并使用單元上的雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序快速生成具有不同脈沖寬度的脈沖。隔離柵極驅(qū)動(dòng)器使MOSFET導(dǎo)通。

示波器: 4/5/6系列MSO (此設(shè)置使用泰克5系列MSO): 措施VDS,VGS,而我D。

雙脈沖測(cè)試軟件范圍:Opt。WBGDPT在4/5/6系列MSO上進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量

用于低側(cè)器件雙脈沖測(cè)試和高側(cè)二極管反向恢復(fù)的探頭:

低側(cè)探測(cè):

-Ch1: VDS-TPP系列或THDP/TMDP系列電壓探頭

-Ch2: VGS-TPP系列或TIVP隔離探針與MMCX適配器提示。

-Ch3: ID-TCP系列電流探頭

高側(cè)探測(cè):

-Ch4: IRR-TCP系列電流探頭

-Ch5: VDS-THDP/TMDP系列電壓探頭

直流電源:

高壓電源:

-EA-PSI 10000高達(dá)2 kV和30 kW的可編程電源

-2657A高達(dá)3 kV的高壓源表單元 (SMU)

-2260B-800-2,可編程直流電源高達(dá)800 v

柵極驅(qū)動(dòng)電路電源:

-2230系列或2280s系列直流電源

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖9)

圖9: 雙脈沖測(cè)試設(shè)置。

AFG31000上的雙脈沖應(yīng)用程序

AFG31000雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序可以直接從下載并安裝到afg31000上。圖10在設(shè)備上下載并安裝應(yīng)用程序后,在AFG31000的主屏幕上顯示雙脈沖測(cè)試的圖標(biāo)。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖10)

圖10: AFG31000主屏幕。

雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序允許用戶創(chuàng)建具有不同脈沖寬度的脈沖,這一直是用戶的主要痛點(diǎn),因?yàn)閯?chuàng)建具有不同脈沖寬度的脈沖非常耗時(shí)。其中一些方法包括在PC上創(chuàng)建波形并將其上傳到函數(shù)發(fā)生器。其他人則使用需要大量精力和時(shí)間來(lái)編程的微控制器。AFG31000上的雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序可從正面顯示屏實(shí)現(xiàn)此功能。該應(yīng)用程序是直觀和快速設(shè)置。調(diào)節(jié)第一脈沖寬度以得到期望的切換電流值。第二脈沖也可以獨(dú)立于第一脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié),并且通常比第一脈沖短,使得功率器件不被破壞。用戶還具有定義每個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隙的能力。

圖11顯示雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序窗口。在這里,用戶可以設(shè)置:

脈沖數(shù): 2至30個(gè)脈沖

高低電壓幅值 (V)

觸發(fā)延遲 (s)

觸發(fā)源-手動(dòng)、外部或計(jì)時(shí)器

負(fù)載-50 Ω 或高Z

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖11)

圖11: afg31000上的雙脈沖測(cè)試應(yīng)用。

圖12顯示了雙脈沖測(cè)試的實(shí)際測(cè)試設(shè)置。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖12)

圖12: 雙脈沖測(cè)試設(shè)置。

在此示例中,ST微電子評(píng)估板用作n溝道功率mosfet和igbt的柵極驅(qū)動(dòng)器: EVAL6498L圖13。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖13)

圖13: EVAL6498L

所使用的mosfet也來(lái)自ST微電子: STFH10N60M2。這些是n溝道600V mosfet,額定漏極電流為7.5 A。

測(cè)試電路中使用的其他設(shè)備和裝置包括:

Tektronix 4、5或6系列MSO示波器

泰克電流探頭TCP0030A-120 MHz

泰克高壓差分探頭: TMDP0200

基思利直流電源 -2280s (為柵極驅(qū)動(dòng)器IC供電)

Keithley 2461 SMU儀器 (向電感器提供電壓)

電感: ~ 1 mH

電源連接如下:

Mosfet被焊接到板上。Q2是低側(cè),Q1是高側(cè)。

Q1上的柵極和源極將需要短路,因?yàn)镼1將不導(dǎo)通。

柵極電阻器被焊接用于q2。R = 100 ?。

來(lái)自AF31000的CH1連接到eval板上的輸入PWM_L和GND。

Keithley電源連接到V抄送和eval板上的GND輸入,以向柵極驅(qū)動(dòng)器IC提供電源。

Keithley 2461 SMU儀器連接到HV和GND,以向電感器供電。

然后將電感器連接到HV和OUT

雙脈沖測(cè)試測(cè)量

安全連接所有電源連接后,我們可以將探頭從示波器連接到Q2 (低側(cè)MOSFET),如圖所示圖14。

無(wú)源探頭連接到VGS。

差分電壓探頭連接到VDS。

TCP0030A電流探頭通過(guò)MOSFET源極引線上的回路。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖14)

圖14: 范圍測(cè)量測(cè)試點(diǎn)。

仔細(xì)的探測(cè)和優(yōu)化將幫助用戶獲得良好的結(jié)果。用戶可以采取一些步驟來(lái)進(jìn)行準(zhǔn)確和可重復(fù)的測(cè)量,例如從測(cè)量中消除電壓,電流和定時(shí)誤差。自動(dòng)測(cè)量軟件,如用于4/5/6系列mso的wbg-dpt選件,無(wú)需手動(dòng)步驟即可節(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(cè)試,如圖15。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖15)

圖15: afg31000上的雙脈沖測(cè)試設(shè)置。

脈沖的幅度設(shè)置為2.5 V。第一個(gè)脈沖的脈沖寬度設(shè)置為10 μ s,間隙設(shè)置為5 μ s,第二個(gè)脈沖設(shè)置為5 μ s。觸發(fā)器設(shè)置為手動(dòng)。

SMU儀器設(shè)置為將100 v輸入HV。配置好柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)和電源后,就可以使用示波器上的wbg-dpt應(yīng)用程序配置和執(zhí)行雙脈沖測(cè)試了。

4/5/6系列MSO上的雙脈沖測(cè)試軟件

與手動(dòng)測(cè)試相比,wbg-dpt應(yīng)用程序具有以下幾個(gè)重要優(yōu)勢(shì):

更短的測(cè)試時(shí)間

即使在具有振鈴的信號(hào)上,也可實(shí)現(xiàn)可重復(fù)的測(cè)量

根據(jù)JEDEC/IEC標(biāo)準(zhǔn)或使用自定義參數(shù)進(jìn)行測(cè)量

便于示波器設(shè)置的預(yù)設(shè)功能

在脈沖和注釋之間輕松導(dǎo)航

在結(jié)果表中匯總測(cè)量結(jié)果

使用報(bào)告、會(huì)話文件和波形記錄結(jié)果

全編程接口實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化

通過(guò)/失敗測(cè)試,具有可配置的限制和對(duì)失敗采取的措施

有關(guān)wbg-dpt app的更多信息,請(qǐng)參閱數(shù)據(jù)表。

測(cè)量分為開(kāi)關(guān)參數(shù)分析、開(kāi)關(guān)時(shí)序分析和二極管恢復(fù)分析。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖16)

圖16。Wbg-dpt應(yīng)用中的開(kāi)關(guān)時(shí)序分析測(cè)量。

WBG抗扭斜功能

WBG抗扭斜功能計(jì)算漏極到源極電壓之間的偏斜 (VDS) 和漏極電流 (ID) 或集電極到發(fā)射極電壓 (VCE) 和集電極電流 (IC) 當(dāng)功率器件分別為MOSFET或IGBT時(shí)。然后將傾斜值應(yīng)用于V的源DS或VCE在示波器上配置信號(hào)。

WBG抗扭斜不同于傳統(tǒng)的示波器抗扭斜。傳統(tǒng)上,探頭之間的偏斜在測(cè)試裝置上開(kāi)始任何測(cè)量之前計(jì)算。在WBG中,測(cè)量系統(tǒng)的偏斜作為后采集操作來(lái)執(zhí)行。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖17)

圖17。WBG抗扭斜過(guò)程專門(mén)用于雙脈沖測(cè)試,并能夠在采集信號(hào)后對(duì)齊電流和電壓波形。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖18)

圖18: 雙脈沖測(cè)試波形。

請(qǐng)注意中的波形圖18類似于中顯示的圖8。再次,在Ids上看到的電流過(guò)沖是由于續(xù)流二極管從高側(cè)MOSFET/IGBT的反向恢復(fù)。該尖峰是所使用的設(shè)備所固有的,并且將導(dǎo)致?lián)p耗。

測(cè)量開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)間和能量損失

為了計(jì)算開(kāi)啟和關(guān)閉參數(shù),我們觀察第一脈沖的下降沿和第二脈沖的上升沿。

測(cè)量開(kāi)啟和關(guān)閉參數(shù)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)如圖19。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖19)

圖19: 開(kāi)關(guān)時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)波形 [5]。

td (開(kāi)): V之間的時(shí)間間隔GS在其峰值的10% 和Vds在其峰值振幅的90%。

T右: V之間的時(shí)間間隔DS在其峰值振幅的90% 和10%。

td (關(guān)閉): V之間的時(shí)間間隔GS在其峰值的90% 和Vds在其峰值振幅的10%。

Tf: V之間的時(shí)間間隔DS在其峰值振幅的10% 和90%。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖20)

圖20: 示波器上的DPT軟件支持標(biāo)準(zhǔn)和自定義參考電平。滯后帶在參考電平上設(shè)置一個(gè)范圍,信號(hào)必須通過(guò)該范圍才能被識(shí)別為過(guò)渡。這有助于過(guò)濾掉虛假事件。

圖21顯示示波器上捕獲的波形和開(kāi)啟參數(shù)的測(cè)量值。在示波器上,啟動(dòng)wbg-dpt應(yīng)用程序。選擇 “電源設(shè)備” 類型為MOSFET。配置VDS,我D,和VGS來(lái)源。

轉(zhuǎn)到切換時(shí)序分析組。添加Td(on) 、Td(off) 、Tr和Tf測(cè)量。

配置Td (開(kāi))測(cè)量,點(diǎn)擊預(yù)設(shè)。這為單次收購(gòu)提供了范圍。

打開(kāi)電源。

打開(kāi)AFG31000以產(chǎn)生輸出脈沖。

生成的波形將在示波器上捕獲,如圖21。

然后使用以下公式計(jì)算過(guò)渡期間的能量損失:

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖21)

通常,設(shè)計(jì)人員會(huì)使用示波器上的積分函數(shù)來(lái)計(jì)算特定的能量損耗。Wbg-dpt應(yīng)用程序提供了Eon切換參數(shù)分析組下的測(cè)量此測(cè)量設(shè)置積分并快速顯示結(jié)果。

上面的相同等式可用于計(jì)算關(guān)閉過(guò)渡期間的能量損耗:

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖22)

DPT應(yīng)用程序包括一個(gè)自動(dòng)E關(guān)開(kāi)關(guān)參數(shù)分析菜單中的測(cè)量。這將執(zhí)行計(jì)算并直接提供能量損耗結(jié)果。

注: 范圍捕獲中顯示的數(shù)據(jù)僅供參考。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖23)

圖21: 開(kāi)啟參數(shù)波形。

圖22顯示使用示波器光標(biāo)獲得的關(guān)閉波形測(cè)量結(jié)果。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖24)

圖22: 關(guān)閉參數(shù)波形。

測(cè)量反向恢復(fù)

現(xiàn)在,需要測(cè)量MOSFET的反向恢復(fù)特性。

圖23: 二極管反向恢復(fù)。

反向恢復(fù)電流發(fā)生在第二脈沖的接通期間。如圖所示圖23,二極管在階段2期間在正向條件下導(dǎo)通。當(dāng)?shù)蛡?cè)MOSFET再次導(dǎo)通時(shí),二極管應(yīng)立即切換到反向阻斷條件; 然而,二極管將在短時(shí)間內(nèi)在反向條件下導(dǎo)通,這被稱為反向恢復(fù)電流。該反向恢復(fù)電流被轉(zhuǎn)換成能量損耗,這直接影響功率轉(zhuǎn)換器的效率?,F(xiàn)在在高側(cè)MOSFET上進(jìn)行測(cè)量。我d通過(guò)高側(cè)MOSFET和Vsd穿過(guò)二極管。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖25)

圖23下面還顯示了如何檢索反向恢復(fù)參數(shù)。

反向恢復(fù)參數(shù): trr(反向恢復(fù)時(shí)間),Irr(反向恢復(fù)電流),Qrr(反向恢復(fù)電荷),Err(反向恢復(fù)能量) 、di/dt和Vsd(正向電壓)。

然后使用以下公式計(jì)算過(guò)渡期間的能量損失:

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖26)

Wbg-dpt支持Trr,Qrr和Err二極管反向恢復(fù)組下的測(cè)量。波形和捕獲的結(jié)果顯示在圖24。

多個(gè)Trr測(cè)量結(jié)果也可以顯示在重疊圖中,該圖顯示帶有注釋,切線和配置值的選定脈沖。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖27)

圖24: 反向恢復(fù)波形。顯示屏頂部的波形顯示了多個(gè)事件的重疊圖。切線 (a-b) 表示當(dāng)前選擇進(jìn)行測(cè)量的事件。

測(cè)量死區(qū)時(shí)間

對(duì)于半橋配置的開(kāi)關(guān)設(shè)備,一個(gè)開(kāi)關(guān)必須在另一個(gè)開(kāi)關(guān)打開(kāi)之前斷開(kāi),以確保DUT的完整性和人員安全。如果兩個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)打開(kāi),則會(huì)發(fā)生 “直通”,這將導(dǎo)致故障。然而,使兩個(gè)開(kāi)關(guān)都斷開(kāi)太長(zhǎng)時(shí)間會(huì)影響效率。因此,優(yōu)化死區(qū)時(shí)間是關(guān)鍵的設(shè)計(jì)目標(biāo)。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖28)

圖25。在半橋功率轉(zhuǎn)換器中,死區(qū)時(shí)間是一個(gè)開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷與另一個(gè)FET接通之間的延遲,這里示出為at。

死時(shí)間 (Tdt) 是一個(gè)MOSFET的關(guān)斷時(shí)間與另一個(gè)MOSFET的導(dǎo)通時(shí)間之間的時(shí)間延遲,在每個(gè)MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)上測(cè)量。死區(qū)時(shí)間在中顯示為 Δ t圖25。

Wbg-dpt應(yīng)用程序包括自動(dòng)死區(qū)時(shí)間測(cè)量,可在 “切換時(shí)序分析” 選項(xiàng)卡下找到,如圖16。Tdt測(cè)量結(jié)果如圖26在顯示屏右側(cè)的徽章中。死區(qū)時(shí)間是一個(gè)柵極電壓的配置的下降沿電平與另一個(gè)柵極電壓的配置的上升沿電平之間的時(shí)間間隔。默認(rèn)的上升沿和下降沿電平為50%。測(cè)量注釋 (垂直虛線) 指示對(duì)柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào)的死區(qū)時(shí)間測(cè)量。

在某些情況下,必須對(duì)具有緩慢上升或下降時(shí)間的波形執(zhí)行死區(qū)時(shí)間測(cè)量。在這些情況下,可以在測(cè)量中配置自定義邊緣級(jí)別。自定義電平可以是相對(duì)于波形的高電平和低電平的相對(duì)值,也可以是絕對(duì)值。

使用示波器和任意函數(shù)發(fā)生器對(duì)功率半導(dǎo)體器件進(jìn)行雙脈沖測(cè)試(圖29)

圖26。自動(dòng)死區(qū)時(shí)間測(cè)量。通道6上的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) (綠色) 關(guān)閉低側(cè)MOSFET,然后高側(cè)MOSFET的柵極驅(qū)動(dòng)信號(hào) (黃色) 打開(kāi)高側(cè)MOSFET。

結(jié)論

雙脈沖測(cè)試是測(cè)量開(kāi)關(guān)參數(shù)和評(píng)估功率器件動(dòng)態(tài)行為的首選測(cè)試方法。使用此應(yīng)用程序的測(cè)試和設(shè)計(jì)工程師有興趣了解功率器件的開(kāi)關(guān)、定時(shí)和反向恢復(fù)行為。該測(cè)試需要具有不同脈沖寬度的兩個(gè)電壓脈沖,這是由于創(chuàng)建具有不同脈沖寬度的脈沖的耗時(shí)方法而導(dǎo)致的主要用戶痛點(diǎn)。其中一些方法包括在PC上創(chuàng)建波形并將其上傳到函數(shù)發(fā)生器。其他人則使用需要大量精力和時(shí)間來(lái)編程的微控制器。本應(yīng)用筆記表明,泰克AFG31000任意函數(shù)發(fā)生器提供了一種直接的方法,可以在正面顯示屏上創(chuàng)建具有不同脈沖寬度的脈沖。AFG31000上的雙脈沖測(cè)試應(yīng)用程序可以快速設(shè)置和輸出脈沖,從而使設(shè)計(jì)和測(cè)試工程師能夠?qū)W⒂谑占瘮?shù)據(jù)和設(shè)計(jì)更高效的轉(zhuǎn)換器。

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