【導(dǎo)讀】雙脈沖測試中一個重要目標(biāo)是,準(zhǔn)確測量能量損耗。在示波器中進行準(zhǔn)確的功率、能量測試,關(guān)鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進行校準(zhǔn),消除時序偏差。
雙脈沖測試中一個重要目標(biāo)是,準(zhǔn)確測量能量損耗。在示波器中進行準(zhǔn)確的功率、能量測試,關(guān)鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進行校準(zhǔn),消除時序偏差。
雙脈沖測試軟件(WBG-DPT)在4系、5系和6系示波器上均可使用,該軟件包括一種新的專為雙脈沖測試設(shè)計的消除時序偏差(deskew)的校準(zhǔn)技術(shù)。這種新的方法與傳統(tǒng)方法大有不同,測試速度顯著加快,縮短了測試時間。
該技術(shù)適用于使用場效應(yīng)晶體管或 IGBT 的功率轉(zhuǎn)換器。在本篇文章中,我們將使用 FET 術(shù)語,來使得描述簡單明了。
為什么要消除時序偏差(deskew)?
在設(shè)計任意一種功率變換器時,都必須盡量減少開關(guān)過程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進行測量。一般方法是將同一時刻的電壓和電流采樣相乘,生成功率波形。
p(t) = v(t)*i(t)
由于功率波形表示隨時間變化的能量消耗,因此可以通過對功率波形進行積分來確定能量:
E = ∫p(t)dt
要準(zhǔn)確測量能量損耗,電流和電壓波形的轉(zhuǎn)換應(yīng)在時間上保持一致。因此,為了準(zhǔn)確進行能量損耗測量,設(shè)計者必須矯正測試夾具和探頭造成的延遲。
一般來講,在測試裝置上開始任何測量之前都要計算探頭之間的偏差。對于低電壓應(yīng)用,可以使用函數(shù)發(fā)生器和時序偏差校準(zhǔn)夾具(deskew 夾具)(Tektronix P/N 067-1686-03)進行校準(zhǔn)。但是,這種方法對于高電壓和大電流應(yīng)用而言,并非最佳選擇。
為了匹配更高功率下低壓漏-源極電壓(VDS)和漏極電流(ID)的測量,傳統(tǒng)技術(shù)需要重新布線測試裝置。這要求移除負載電感,并用電阻取而代之。接下來進行測量,需要匹配 VDS 和 ID 測量值。這個過程可能需要一個小時或更長時間。
一種新的時序偏差校準(zhǔn)(deskew)方法
泰克 WBG-DPT 解決方案是業(yè)內(nèi)首創(chuàng)的基于軟件的時序偏差校準(zhǔn)(deskew)技術(shù),無需重新布線,只需在進行雙脈沖測量后即可執(zhí)行。在新方法中,采集漏極電流 (ID) 用作參考波形。在導(dǎo)通期間,利用測試電路的參數(shù)模型計算出低壓側(cè) VDS 對齊波形,其計算后的波形參考 ID 波形,相對于 ID 沒有時序偏移。消除時序偏差的算法確定計算出的 VDS 波形與測量出的 VDS 波形之間的時序偏差。然后將deskew校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)修正到 VDS 測量通道。
時序偏差校準(zhǔn)過程
如上所述,時序偏差校準(zhǔn)可在測量后進行。在開始雙脈沖測試時,無需擔(dān)心 VDS 和 ID 之間的偏差,隨后選擇deskew設(shè)置并提供以下參數(shù):
探頭阻抗 - 在本文中假定為電流檢測電阻(CVR)或分流電阻
有效"回路"電感
偏置電壓(低壓側(cè) FET 關(guān)斷時兩端的平均 VDS)
差分階數(shù)(模型用于平滑的濾波器階數(shù))
圖 3. 用于建立 VDS_low 對齊波形的等效電路。該電路假定使用一個電流觀察電阻來測量 ID。
在deskew菜單中輸入的參數(shù)用于構(gòu)建 VDS 對應(yīng)波形。波形使用基爾霍夫電壓定律建立:
其中
VDD - VDS_high 表示電源軌電壓和高壓端場效應(yīng)晶體管FET上的壓降。需要注意,在開啟期間,由于 VDD 是固定的,而 VDS_high是高壓端場效應(yīng)晶體管FET本體二極管上的電壓,所以這個量是恒定的。
Rshunt是分流電阻。
ID 是根據(jù) Rshunt 上的壓降測得的漏極電流。
dID /dt 是測得的漏極電流變化率。
Leff 是整個電源回路的有效電感。
如上所述,在開啟期間,VDD - VDS_high 實際上是恒定的。Rshunt和Leff 也是恒定的。 這意味著模擬的 VDS_low 走線波形是 ID的函數(shù)。
配置完參數(shù)后,用戶按下 WBG 的deskew按鈕。系統(tǒng)將根據(jù)指定的參數(shù)和漏極電流生成 VDS 的數(shù)學(xué)模型。 該波形將顯示在屏幕上。
圖 4. 根據(jù) ID 計算出的 VDS 對齊波形與測量的 VDS波形進行比較。偏移是對齊波形和測量波形之間的時間差。計算出偏斜后,就可以從ID 波形中去除偏斜。
如上圖所示,有效電感Leff考慮到了整個環(huán)路的 "疊加 "。因此,Leff 通常是未知的,而這個參數(shù)需要反復(fù)調(diào)整。簡單地將糾偏過程反復(fù)運行,并對 Leff 進行調(diào)整,直到計算出的對齊波形和測量出的 VDS波形具有相同的形狀。如果計算出的 VDS對齊波形與測量的 VDS波形在形狀上存在差異,可以調(diào)整參數(shù)并再次運行校準(zhǔn)時間偏差。
一旦參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確,對齊波形和測量波形將具有相同的形狀,系統(tǒng)就能確定并糾正偏斜。偏斜值顯示在Deskew設(shè)置中,并自動應(yīng)用于連接 VDS信號的通道。
這一新流程可以準(zhǔn)確地計算偏斜值,并將時序偏差校準(zhǔn)時間從一小時或更長時間縮短到 5 至 10 分鐘。
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