雙脈沖測試

精確的能量損耗測量是雙脈沖測試的關(guān)鍵目標(biāo)之一。消除電壓探頭和電流探頭之間的時序偏差是在示波器上進(jìn)行精確功率和能量測量的關(guān)鍵步驟。

適用于4B系列、5B系列和6B系列MSO（混合信號示波器）的雙脈沖測試軟件 (WBG-DPT) 包含一種專為雙脈沖測試設(shè)計的新型消偏技術(shù)。這種新穎的方法與傳統(tǒng)方法截然不同，并且速度顯著提升，可以將測試時間縮短數(shù)小時。

該技術(shù)適用于使用FET（場效應(yīng)晶體管）或IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的功率轉(zhuǎn)換器。為簡便起見，本文將使用FET術(shù)語。

為何需要消偏？

在任何功率轉(zhuǎn)換器的設(shè)計中，都必須最小化開關(guān)過程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進(jìn)行測量。通常的做法是將同步采樣的電壓和電流相乘，生成功率波形：

p(t) = v(t)*i(t)

由于功率波形代表隨時間變化的能量消耗，因此可以通過對功率波形積分來確定能量：

E = ∫p(t)dt

為了使這些能量損耗測量準(zhǔn)確，電流和電壓波形的躍變必須在時間上對齊。因此，為了獲得有意義的能量損耗測量結(jié)果，設(shè)計人員必須校正測試夾具和探頭引入的不同延遲。

傳統(tǒng)上，探頭的偏差是在測試裝置上開始任何測量之前計算的。對于低壓應(yīng)用，可以使用函數(shù)發(fā)生器和消偏適配器（Tektronix部件號P/N 067-1686-03）進(jìn)行對齊。然而，這種方法對于高壓和大電流應(yīng)用并非最佳選擇。

用傳統(tǒng)方法對齊更高功率，低側(cè)漏源電壓 (VDS) 和漏極電流 (ID) 的測量需要重新布線測試裝置。必須移除負(fù)載電感并用電阻代替。然后進(jìn)行測量，并對齊VDS和ID測量結(jié)果。這個過程可能需要一個小時或更長時間。

圖1. 傳統(tǒng)的消偏方法涉及移除負(fù)載電感并用電阻代替。

新型消偏方法

泰克WBG-DPT解決方案采用業(yè)界首創(chuàng)的基于軟件的消偏技術(shù)，無需重新布線，并且在雙脈沖測量完成后執(zhí)行。在該新方法中，采集漏極電流 (ID) 并將其用作參考波形。在導(dǎo)通期間，使用測試電路的參數(shù)化模型計算低側(cè)VDS對齊波形。該對齊波形以ID波形為參考，相對于ID將具有零偏差。消偏算法確定計算得到的VDS對齊波形與實測VDS波形之間的偏差，然后，它將偏差校正應(yīng)用于VDS測量通道。

圖2. 采用新方法，消偏在測試后進(jìn)行。參數(shù)在Deskew（消偏) 菜單中指定。

消偏過程

如上所述，消偏可以在測量完成后執(zhí)行。用戶可以啟動雙脈沖測試而無需擔(dān)心VDS和ID之間的偏差，稍后在Deskew（消偏）設(shè)置中選擇并提供以下參數(shù)：

■探頭電阻 - 本文中假設(shè)為電流檢測電阻 (CVR) 或分流電阻

■有效“環(huán)路”電感

■偏置電壓（低側(cè)FET關(guān)斷時其兩端的平均VDS）

■微分階數(shù)（模型用于平滑處理的濾波器階數(shù)）

圖3. 用于構(gòu)建VDS_low對齊波形的等效電路。此電路假設(shè)使用電流檢測電阻測量ID。

偏置電壓和有效電感值可以自動確定。在Deskew菜單中輸入的參數(shù)用于構(gòu)建VDS對齊波形。該波形是使用基爾霍夫電壓定律構(gòu)建的：

其中：

VDD- VDS_high代表電源軌電壓和高側(cè)FET兩端的壓降。注意，在導(dǎo)通期間，由于VDD固定且VDS_high是高側(cè)FET體二極管兩端的電壓，因此該值將保持恒定。

Rshunt是電流分流電阻的阻值。

ID是根據(jù)Rshunt兩端的壓降測量得出的漏極電流。

dID/dt是測得的漏極電流變化率。

Leff是整個功率環(huán)路的有效電感。

在導(dǎo)通期間，如上所述，VDD -VDS_high將基本保持恒定。Rshunt和Leff也是常量。這意味著建模的VDS_low對齊波形是ID的函數(shù)。

配置參數(shù)后，用戶按下WBG消偏按鈕。系統(tǒng)會根據(jù)指定的參數(shù)和漏極電流生成VDS的數(shù)學(xué)模型。此對齊波形會顯示在屏幕上。

圖4. 由ID計算得出的VDS對齊波形與實測VDS波形進(jìn)行比較。偏差 (Skew) 是對齊波形與實測波形之間的時間差。一旦計算出來，即可從ID波形中去除該偏差。

有效電感Leff是一個“集總”元件，它考慮了如上所示的整個環(huán)路。因此，Leff通常是未知的，需要迭代過程來確定其值。消偏過程可以輕松地重復(fù)運行，并且可以調(diào)整Leff，直到計算出的對齊波形和實測的VDS波形具有相同的形狀。如果建模的VDS對齊波形與實測的VDS波形在形狀上存在差異，則可以調(diào)整參數(shù)并再次運行消偏。

一旦參數(shù)準(zhǔn)確代表了系統(tǒng)，建模的對齊波形將具有相同的形狀，系統(tǒng)即可確定并校正偏差。偏差值會顯示在Deskew (消偏) 設(shè)置中，并自動應(yīng)用于連接VDS信號的通道。

這個新過程能精確地計算偏差，并將消偏時間從一小時或更長時間縮短到僅需5到10分鐘。

借助WBG-DPT軟件，有效電感和偏置電壓等電路參數(shù)可以自動確定。因此，可以以更少的人工干預(yù)來計算偏差值。