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测量功率MOS,IGBT动态特性的双脉冲方法

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测量功率MOS,IGBT动态特性的双脉冲方法


▌01 动态特性

近期,关于用于全国大学生智能车节能信标组的 100W无线充电系统 正在测试。使用 MOS半桥 作为发送线圈的功率驱动电路。由于半桥电路中MOS管的功率消耗主要发生在开关管的动态切换过程,为了进一步优化驱动方案和系统工作参数,对于MOS管的动态特性进行测试。


  

在之前测试工作中,所使用的MOS管包括有 IRF3710 、 AOT254L 等。在它们的数据手册中也相应给出了测量器件动态特性方案。


▲ IRF3710,AOT254L动态特性测试方式


  器件的开关特性通常包括:


td_on, td_off, tr, tf, Eon, Eoff, Irr, Ls


1.双脉冲方法

  在网络中,对于IGBT所采用的双脉冲测试(Double-Pulse Test)方法被广泛使用。这种方法利用巧妙的电路结构以及测试过程,可以


  双脉冲测试电路结构如下图所示。其中包括有两个相同的待检测功率管。通过驱动电路(Driver)发送两个连续的脉冲驱动信号,使用示波器分别测试下面功率管的Vce、Vge、Ic。


▲ 双脉冲测量电路结构


  在双脉冲测量中,第一个脉冲相对比较宽。通过下管的导通,电源电压Vbus通过电感L逐步建立起负载电流IL。


  然后在截止100us左右,使得下管截止,电感上的电流IL就会通过上管的体反向二极管进行续流。然后在给出第二个脉冲(大约15us)。下管重新导通,所引起的Vce、Ic的变化可以反映出功率管的诸多动态特性。



▲ 双脉冲测量得到波形


▌02 测试电路制作

  下面通过快速制版来制作测试电路,测试双脉冲方法测量功率MOS管的动态特性。


1.双脉冲驱动信号电路1

(1)电路板制作

  使用STM32F030单片机作为脉冲信号发生器,脉冲信号通过TPS28225放大之后输出驱动待测MOS功率管。

▲ 驱动信号原理图


  通过快速制版获得测试电路板:

▲ 快速制版的电路图


▲ 焊接完毕的测试电路


加电调试:

3.3V 电压:3.293V

静态工作电流:15mA


(2)单片机软件2

▲ 开发软件下载过程


▲ 工作过程


  通过PB7输出频率为50Hz的方波信号,测量TPS28225的LDRIVE信号,可以测量到输出信号的相位和幅值。


▲ TPS28225的输入(蓝色)与输出(粉色)信号


(3)双脉冲时间设计

  使用10mH的电感以及50毫欧的电阻作为测量电路中的负载电感L以及电流采样电阻Rc.


  假设MOS管测量工作电流为Ic=1A;工作电压Uc=12V。那么双脉冲的第一阶段的时间为:



  最终取T1=800us;


  第二个脉冲时间T2=15us;


  两个脉冲之间的间隔:100us;

▲ 用于测量电流的电感和采样电阻



  使用Delay函数来产生延迟。通过测试可以看到,Delay()函数,参数n对应的延时时间为:

t d e l a y = 0.25 × n t_{delay} = 0.25 \times n

delay


 =0.25×n


void Out2Pulses(void) {

    OFF(PULSE);

    Delay(3200);

    

    ON(PULSE);

    Delay(400);

    

    OFF(PULSE);

    Delay(60);

    

    ON(PULSE);

    

}



▲ 产生双脉冲波形


  双脉冲重复频率:100Hz左右。



▲ 测量输出双脉冲波形


2.待测MOS电路

(1)制作电路板

▲ 测试功率MOS管电路原理图


  焊接的测试MOS三极管为IRF3710S。


▲ 快速制版与焊接测试电路板


(2)电路波形初步测试

  测量MOS的Vge(蓝色)与电流采样信号(粉色):


▲ 测量的驱动信号与电流信号


  采集到的Vge(蓝色)、Vde(Green),Ie电流波形(粉色):


▲ 测量的脉冲信号

 


▌03 测量波形

1. 测试IRF3710

(1)Vds波形

▲ Vds电压波形


(2)Id波形

▲ Id波形


2.测试AOT254L

▲ AOT254L


(1)测量Vds波形

▲ 测量Vds波形


(2)测量Id波形


▲ 测量Id电流波形

奇怪的地方:


为什么电流波形上升的这么慢呢?

电流所产生的振荡波形是与什么有关系呢?


▲ 测量Id电流波形

3.更换电感再测量

(1)更换电感和输出脉冲波形

  将原来的工字型的10mH电感更换成221电感,如下图所示:



▲ 更换电感221

  同时将电流采样电阻从原来的0.05Ω更换成0.22Ω。


(2)重新测量波形


▲ Vds电压波形


▲ Id波形

  对比一下,在更换了电感之后,原来的电流比较大的延迟现象消失了。



▌结论

  制作了双脉冲测量MOS动态特性的电路,并对两种MOS管进行了测试。但测试的结果存在很多奇怪的地方:


原本两个MOS的动态特性是相差很多的;但是从测量的结果来看,它们的动态特性差不多;


在两个MOS电流上升部分呈现非常奇怪的之后现象。这个如何来解释呢?


  也许在初步的试验过程中,还存在着测量、电路设计等诸多的问题。现在还无法从测量波形中得到与芯片手册比较相符合的一些结论。


原文链接:

https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/113782310


来源:电力电子技术与新能源
燃料电池电源电路电磁兼容汽车电力电子MATLAB新能源芯片电机热设计控制
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首次发布时间:2023-06-06
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