双脉冲测试基础系列:基本原理和应用

分享到:

双脉冲是分析功率开关器件动态特性的基础实验方法,贯穿器件的研发,应用和驱动保护电路的设计。合理采用双脉冲测试平台,你可以在系统设计中从容的调试驱动电路,优化动态过程,验证短路保护。

双脉冲测试基础系列文章包括基本原理和应用,对电压电流探头要求和影响测试结果的因素等。

为什么要进行双脉冲测试

在以前甚至是今天,许多使用IGBT或者MOSFET做逆变器的工程师是不做双脉冲实验的,而是直接在标定的工况下跑看能否达到设计的功率。这样的测试确实很必要,但是往往这样看不出具体的开关损耗,电压或者电流的尖峰情况,以及寄生导通情况。这会导致对有些风险的认识出现盲点,进而影响最后产品未来的长期可靠性。又或者设计裕量过大带来成本增加,使得产品的市场竞争力下降。如果能在设计研发阶段,精准地了解器件的开关性能,将对整个产品的优化带来极大的好处。比如能在不同的电压、电流和温度下获得开关损耗,给系统仿真提供可靠的数据;又比如可以通过观察波形振荡情况来选择合适的门极电阻。

双脉冲测试原

顾名思义,双脉冲测试就是给被测器件两个脉冲作为驱动控制信号,如图1所示。第一个脉冲相对较宽,以获得一定的电流。同时第一个脉冲的下降沿作为关断过程的观测时刻,而第二个脉冲的上升沿则作为开通过程的观测时刻。

1

考虑到可能的电场干扰,最佳的双脉冲平台是全桥结构的,如图2所示。3管的门极给15V常开信号,4管则是处于常关,2管作为被测器件给予双脉冲信号。1管主要作用于续流,所以门极可以是常关信号,或者在使用MOS管时门极用同步整流信号。第1个脉冲来临时,电流经过3管和负载电感进入2管。为了得到一个期望的电流值,此脉冲需持续一定时长,时长可通过T=I*L/V来获得,其中L是负载电感值,I是期望电流,V是母线电压。当然实际中可以直接用示波器观察电流值来调整脉宽。

 

2

平时实验室测量时结构上也可以简化成半桥形式,如图3,工作原理和全桥类似,这里就不赘述了。

3

哪些参数可以通过双脉冲实验获得

通过双脉冲测试,可以得到包括开关损耗,各电压电流尖峰值,斜率变化值在内的动态参数。比如IGBT参数:

各参数可以在示波器上直接测量得到,定义如图4:

4

以及反并联二极管参数:

各参数测量定义如图5:

5

其中开关损耗需要借助示波器的函数运算功能获得,也可以把所有波形都存成表格点再后期进行处理运算。图6和图7分别是开通和关断波形。其中1通道黑色的是被测器件VCE的信号,2通道红色的是桥臂电流,3通道绿色的是门极信号。数学运算1是电压和电流信号的乘积,数学运算2是该乘积的积分线,也就是损耗值。根据国标定义,开通损耗的积分时间区间为门极电压上升的10%到VCE电压下降至2%这个区间;而关断损耗的积分时间区间为门极电压下降至90%到电流降到2%。如果有些许振荡的话,以第一次触及边界值为准。但有严重振荡的话建议调整驱动参数(比如增加门极电阻)重新测量。

6

7

双脉冲测试非常适合研发阶段对器件在系统上的损耗评估,为系统仿真带来数据支持。毕竟有太多的因素会使实际值和数据规格产生很大差别,用规格书上的值做为仿真依据粗糙了些,当然器件选型的时候还是很值得借鉴的。设计越精准,对成本控制就越友好。

继续阅读
行业应用加速落地,5G+AI催化物联网蝶变

新冠肺炎疫情防控期间,数字技术与线上经济以前所未有的广度和深度向全社会渗透。物联网作为将物理世界映射到数字世界的桥梁,正在从万物互联向万物智联迈进,在社会经济的数字化、智能化转型中扮演着越来越重要的角色

毫米波应用进入深水区,复杂信号测试如何满足?

2022年3月,针对疫情视角下展现的业务运营转型和技术趋势,是德科技(Keysight)发布了2022年科技趋势预测,量子计算、弹性供应链、5G/6G、虚拟协作熟练程度的提升等诸多前沿技术位列其中。

移动应用开发的未来是什么?

在智能手机如此普及的今天,人们时常忘记移动应用是“新事物”。自20世纪70年代初,第一部手机问世以来,移动应用开发经历了多次迭代,极大地改变我们的生活。

5G催化物联网应用加速落地 多个垂直领域发展迎来时代机遇

作为多种技术融合、赋能各行业的产业,物联网近年来快速发展。《2022年AIoT产业全景图谱报告》指出,经过十余年发展,得益于技术、产品发展且持续满足需求,当前AIoT产业已完成蓄力阶段,进入增长期。有行业人士认为,物联网整体市场潜在空间超十万亿元,产业驱动应用潜力巨大。

为什么分布式应用需要有依赖管理?

分布式云应用(也叫微服务)在大行其道的同时,也给应用本身的设计和运维带来巨大的复杂性。以前单体服务时代,尚可将这种复杂性隐藏于自身内部,而到了微服务时代,这种复杂性几乎扩散到了成百上千个“松耦合”的服务上面。尽管每个微服务都可以使用不同的语言构建,也可以快速地横向扩展,但他们作为一个整体,相比于单体服务,分布式的特性常常会带来规划、部署和安全上的难题。

精彩活动