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脉冲充电器优缺点(脉冲充电的优缺点)

Jun,24,2022 << Return list

在上次的文章中雷军花式安利的GaN充电器,凭啥成为充电神器?,小编花了大量的篇幅为大家介绍了GaN、SiC等宽禁带半导体器件与普通Si基器件的不同,解释了为何市场新宠——GaN充电器能做到功率又高体积又小巧。


那厂商在研发或者应用GaN器件来设计这款充电器时,一定也经过了我们上篇文章中提到的选型、仿真、Layout、投产、测试验证等环节,工程师们一定也经过反复的调适和验证才最终推出这一款产品。

【小编提示】

对器件的静态和动态参数进行全面的测试对于后续充电器或者其他功能模块的电路设计是十分重要的。那对于B150xA系列静态参数分析仪,其实业界已经有广泛应用;而对于动态参数分析仪PD1500A这个市场新贵,真是在客户的千呼万唤中才登场的。

所以在这一篇文章中,小编将着重为您介绍动态参数测试中的双脉冲测试,测试原理以及测试技巧以及PD1500A这个市场新贵的特色。

科普:简单来说静态参数是指器件固有的一些参数指标,如导通电阻、击穿电压等;动态参数就是指器件在开关过程中的一些参数指标,如导通时间、关断时间等。

什么是双脉冲测试

为了评估功率器件的动态参数,通常采取的测量方法是双脉冲测试。那什么是双脉冲测试呢?顾名思义,是通过两个脉冲,去控制器件的开关开关,然后测试在开关过程中的一些参数指标。


双脉冲测试的测试原理

如下图1,是一个双脉冲测试原理图。

将双脉冲电压加载在DUT的VGS上。当第一个脉冲施加之后,DUT处于导通状态,而上面的管子一直处于关闭状态,那么电流就顺着红色箭头的方向,通过电感从上往下流过DUT,由于电感的电流不能瞬变,所以导通电流有一个从零开始逐渐增加到最大的过程。

电流上升的斜率可以用U/L得到。如母线电压是1000V,电感是100uH,那么电流从零上升到100A的时间就是10us。

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图 1

当电流达到最大(如100A),那就可以把DUT关闭了,那DUT管子会直接断开。这时可以测试管子关断过程中的一些参数,比如关断时间、关断损耗、关断时的VDS震荡等。

那么在关断期间,由于电感的电流不能瞬变,所以这个电流会继续顺着箭头的方向进行续流,所以上面这个管子又叫续流管。那这个过程中由于时间非常短,我们可以认为电感上的电流是不变的。

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图 2

然后我们可以再开启下管,即DUT。这时电感的电流会再次顺着第一次的方向流过DUT,而且电流大小是最大值,如100A。也就是说我们这次相当于是在100A的条件下开启DUT。

同样,我们可以测试管子在开启过程中的开启时间、开启过程中的损耗等参数。

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图 3

以上就是双脉冲测试的原理。下图4展示了双脉冲测试期间,DUT上的VDS、VGS和IS的测量结果。

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图 4

那动态参数除了包含开启、关断过程中的时间、损耗等参数之外,还包括反向恢复参数。☟

• 那测试反向恢复参数的时候,原理图还是一样的,只是需要把电感并联在DUT的两端,然后把双脉冲信号加在上管上,因此DUT一直处于断开状态。

• 上管打开之后,电流会经过电感从上往下流动;当电流达到最大,关闭上管,那由于电感的电流不能瞬变,所以电感上的电流会流过DUT,方向是从下往上。

• 然后再打开上管。这时候,DUT两端有 一个正向的电压,但是同时有反向的电流在流动,所以这个过程正好就是反向恢复的过程,可以测试方向恢复的相关参数。

如下图5,是我们可以测试的各个动态参数。

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图 5

双脉冲测试的测试技巧

虽然双脉冲测试的原理特别简单,但如何保证测试的准确性,保证测试的安全性,保证测试符合相应的标准,依然是比较难的议题。但正因为有挑战,才能突出能力不凡。这也是为什么PD1500A动态参数分析仪在推出之后能成为市场新宠的原因。那下面小编为大家整理几个小锦囊。

  • 短地线和更小的测试回路:为了降低动态参数测试过程中测试系统引入的干扰,可以看到我们的每一个探头都是短地线,力求我们的测试都是一个最小的回路,尽量减小对器件本身的影响;而且测试系统的驱动板也是尽量紧凑,道理是一样的。

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图 6

  • 良好的校准:我们在测试动态参数时主要是用示波器测试管子开启或者关闭的时间和损耗。那这个时间或者损耗的测试核心就是示波器的电压通道和电流通道之间的时延。那我们知道,示波器的两个通道之间应该有个延迟,这个延迟一般在2-9ns。那我们的PD1500A测试系统有一个自带的夹具,可以把示波器的所有探头都连接上去,校准时间差。那市面上很多方案根本没考虑这个时间差,那他们的测试结果压根不可信,因为这2-9ns对测试结果的影响还是很大的,尤其是开关损耗,至少有30-50%的影响。
  • 采用更高位数的ADC进行测试:我们的方案中采用的示波器已经是业界位数最高的示波器了,即10比特的S示波器。但即使是这样,测试精度还是不够。所以我们的系统里还集成了一个24位ADC的源表,用于校准示波器的测试结果。
  • 良好的补偿:对于测试高频大电流的需求,市面上目前其实没有适合的方案。通常我们测试大电流都采用柔性探头或者霍尔感应式的钳式探头,那这两种探头,尤其是柔性探头在大电流测试时带宽根本就不够,只有几M,一般是5M或者是10MHz的级别。
  • 222- 那Keysight怎么做高频大电流的测试呢?
  • 答案是采用电阻采样的方式进行测试。但电阻采样的有什么问题?(如果一点问题没有,那这种方式早就被大家采用了,因为电阻采样的方式是最便宜的)那就是一致性很差,不同的电阻具有不同的频响,它没办法做成标准化的探头。
  • - 那Keysight如何解决这个问题?
  • Keysight每交付一套系统,就会测出电阻的频响特性,然后利用我们的示波器平台的先进性,在后处理中采用去嵌的方式消除掉电阻本身的影响。
  • 下图左侧显示了没有去嵌的情况下,电阻本身的频响对于测试结果是有很大的影响的(上下差异大);而右侧在去嵌之后,上面的测试结果已经跟下面的正确测试结果完全一致了。

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图 7

对于一个测试系统来说,只有重复性足够高我们才能说这个测试系统是足够准确的。那我们也用两套不同的系统测试同一个器件,看一下我们Keysight做的这套PD1500A动态参数测试系统的准确度。我们做了一个透视对比,来看两个系统对同一个器件的测试结果。

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图 8

可以看到,透视图中,两套不同的测试系统对于同一个器件的测试结果几乎是一模一样的。包括上升下降时间、冲击、震荡等等。

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图 9

通过小编上面的讲述,大家都记下这几条测试锦囊了么?除了锦囊,更重要的还有我们PD1500A的测试能力和我们Keysight时刻为大家服务的心。相信在我们的助力下,您的GaN或者其他宽禁带半导体产品能更快地推向市场。


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