双脉冲测试基础系列:基本原理和应用
时间:2021-09-23 15:05来源:
摘要: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。
英飞凌科技大中华区应用工程师 郑姿清
编者按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。
双脉冲测试原理
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。
图1
第一个脉冲结束时,2管关断,表现出器件的关断波形。此后,电流在3管、负载和1管中续流。当第2个脉冲到来时,2管开通,1管上的电流重新流入2管,这时可测量1管的反向恢复特性及2管的开通特性。其中电流的获取在小功率时可以采用电流检测电阻,而大电流时一般使用磁性电流检测器,比如罗氏线圈或者Pearson磁环。关于电压电流探头的使用之前有专门的文章详细介绍过。
图2
图3
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:
图4
以及反并联二极管参数:
各参数测量定义如图5:
图5
图6
图7
总结
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。
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