设计功率转换器时，理想状态下的功率损失为0%，如图2 所示。
理想情况下，开关设备只有“开”或“关”两种状态，如 图3 所示，并能瞬间在这两种状态间切换。在“开”状态时， 开关的阻抗为零欧姆，无论通过开关的电流有多大，都不 会在开关中耗散任何功率。在“关”状态时，开关的阻抗 为无限大，无电流流过，因此不耗散任何功率。 然而，实际上在“开”到“关”（关断）和“关”到“开”（开 通）的转换过程中会耗散功率。这些非理想行为是由于电 路中的寄生元件造成的。如图4 所示，门极上的寄生电容 会减缓器件的切换速度，延长开通和关断时间。MOSFET 的漏极和源极之间的寄生电阻在漏电流流动时会耗散功 率。
还需要考虑MOSFET 体二极管的反向恢复损失。二极 管的反向恢复时间是衡量二极管切换速度的一个指标， 因此会影响转换器设计中的切换损失。 因此，设计工程师需要测量所有这些时间参数，以尽量 减少切换损失，从而设计出更高效的转换器。 优选的测试方法来测量MOSFET 或IGBT 的切换参数 是“双脉冲测试”方法。本应用说明将描述双脉冲测��� 及其实施方式。具体来说，本应用说明将解释如何使用 Tektronix AFG31000 任意函数发生器生成脉冲，并使 用4、5 或6 系列MSO 示波器测量重要参数。 什么是双脉冲测试？ 双脉冲测试是一种测量功率设备的切换参数和评估动态 行为的方法。使用这种应用的用户通常希望测量以下切换 参数： 开通参数：开通延迟（t d(on)）、上升时间（tr）、开通时间（t on）、 开通能量（Eon）、电压变化率（dv/dt）和电流变化率（di/ dt）。然后确定能量损失。 关断参数：关断延迟（td(off )）、下降时间（tf）、关断时 间（toff）、关断能量（Eoff）、电压变化率（dv/dt）和电 流变化率（di/dt）。然后确定能量损失。 反向恢复参数：反向恢复时间（trr）、反向恢复电流（Irr）、 反向恢复电荷（Qrr）、反向恢复能量（Err）、电流变化率（di / dt）和正向导通电压（Vsd）。 此测试的执行目的是： 保证像MOSFET 和IGBT 这类功率设备的规格。 确认功率设备或功率模块的实际值或偏差。 在各种负载条件下测量这些切换参数，并验证多个设备的 性能。 图5 展示了一个典型的双脉冲测试电路。
还需要考虑MOSFET 体二极管的反向恢复损失。二极 管的反向恢复时间是衡量二极管切换速度的一个指标， 因此会影响转换器设计中的切换损失。
因此，设计工程师需要测量所有这些时间参数，以尽量 减少切换损失，从而设计出更高效的转换器。
优选的测试方法来测量MOSFET 或IGBT 的切换参数 是“双脉冲测试”方法。本应用说明将描述双脉冲测��� 及其实施方式。具体来说，本应用说明将解释如何使用 Tektronix AFG31000 任意函数发生器生成脉冲，并使 用4、5 或6 系列MSO 示波器测量重要参数。
双脉冲测试是一种测量功率设备的切换参数和评估动态 行为的方法。使用这种应用的用户通常希望测量以下切换 参数：
此测试的执行目的是：
图5 展示了一个典型的双脉冲测试电路。
图5：双脉冲测试电路。
该测试使用感应负载和电源进行。电感用于复制转 换器设计中的电路条件。电源用于向电感提供电压。 AFG31000 用于输出脉冲，这些脉冲触发MOSFET 的 门极，从而使其开启并开始导电。
图6 展示了使用MOSFET 进行双脉冲测试时不同阶段 的电流流向。使用IGBT 作为待测设备时的电流流向如 图7 所示。
图8 展示了在低侧MOSFET 或IGBT 上取得的典型测量数据。以下是双脉冲测试的不同阶段（这些阶段对应图6、 图7 和图8） **步，由**次开**冲代表，是初始调整的脉宽。这 建立了电感中的电流。调整此脉冲以达到图8 所示的所需 测试电流（Id）。 **步（2）是关闭**个脉冲，这在自由轮二极管中产 生电流。关断周期很短，以保持电感中的负载电流尽可能 接近恒定值。图8 显示低侧MOSFET 上的Id 在**步 归零；然而，电流通过电感和高侧二极管流动。这可以在 图6 和图7 中看到，电流通过高侧MOSFET（未被开通的 MOSFET）的二极管流动。 第三步（3）由**次开**冲代表。脉冲宽度比**次脉 冲短，以防设备过热。**个脉冲需要足够长，以便进行 测量。图8 中看到的电流超调是由于高侧MOSFET/IGBT 的自由轮二极管反向恢复所致。 然后在**次脉冲的关断和**次脉冲的开通时捕获关 断和开通时间测量。 下一部分将讨论测试设置和测量方式。 双脉冲测试设置 图9 展示了进行双脉冲测试的设备设置。需要以下设备： AFG31000：连接到隔离门驱动器，并使用设备上的双脉 冲测试应用快速生成不同脉宽的脉冲。隔离门驱动器用于 开通MOSFET。 示波器：4/5/6 系列MSO（此设置使用Tektronix 5 系列 MSO）：测量VDS、VGS 和ID。 示波器上的双脉冲测试软件：4/5/6 系列MSO 上的Opt. WBG-DPT，用于自动化测量。 用于低侧设备和高侧二极管反向恢复的探头： 低侧探测： – Ch1：VDS - TPP 系列或THDP/TMDP 系列电压探头 – Ch2：VGS - TPP 系列或带MMCX 适配器**的TIVP 隔 离探头。 – Ch3：ID - TCP 系列电流探头 高侧探测： – Ch4：IRR - TCP 系列电流探头 – Ch5：VDS - THDP/TMDP 系列电压探头 直流电源 高压电源： – EA-PSI 10000 可编程电源，*高2 千伏，30 千瓦 – 2657A 高压源表单元（SMU），*高3 千伏 – 2260B-800-2，可编程直流电源，*高800 伏 门驱动电路电源： – 2230 系列或2280S 系列直流电源
图8 展示了在低侧MOSFET 或IGBT 上取得的典型测量数据。以下是双脉冲测试的不同阶段（这些阶段对应图6、 图7 和图8）
下一部分将讨论测试设置和测量方式。
图9 展示了进行双脉冲测试的设备设置。需要以下设备：
低侧探测：
高侧探测：
高压电源：
门驱动电路电源：
AFG31000 上的双脉冲应用 AFG31000 的双脉冲测试应用可以直接从tek.com 网站下载，并安装到AFG31000 上。图10 展示了双脉冲测试应 用在AFG31000 主屏幕上的图标，该应用被下载并安装到设备上后即可见。 双脉冲测试应用让用户能够创建具有不同脉宽的脉冲，这一直是主要的用户痛点，因为创建具有不同脉宽的脉冲的 方法耗时。这些方法包括在PC 上创建波形并上传到函数发生器。其他方法是使用需要大量编程工作和时间的微控 制器。AFG31000 上的双脉冲测试应用使得用户能够直接从前端显示屏进行操作。该应用直观且快速设置。**个 脉宽调整以获得所需的开关电流值。**个脉冲也可以独立于**个脉冲进行调整，通常比**个脉冲短，以防止功 率设备被破坏。用户还可以定义每个脉冲之间的时间间隔。 图11展示了双脉冲测试应用窗口。在这里，用户可以设置： 脉冲数量：2 至30 脉冲 高低电压幅度（V） 触发延迟（秒） 触发源 - 手动、外部或定时器 负载 - 50Ω 或高阻（high Z）
AFG31000 的双脉冲测试应用可以直接从tek.com 网站下载，并安装到AFG31000 上。图10 展示了双脉冲测试应 用在AFG31000 主屏幕上的图标，该应用被下载并安装到设备上后即可见。
双脉冲测试应用让用户能够创建具有不同脉宽的脉冲，这一直是主要的用户痛点，因为创建具有不同脉宽的脉冲的 方法耗时。这些方法包括在PC 上创建波形并上传到函数发生器。其他方法是使用需要大量编程工作和时间的微控 制器。AFG31000 上的双脉冲测试应用使得用户能够直接从前端显示屏进行操作。该应用直观且快速设置。**个 脉宽调整以获得所需的开关电流值。**个脉冲也可以独立于**个脉冲进行调整，通常比**个脉冲短，以防止功 率设备被破坏。用户还可以定义每个脉冲之间的时间间隔。
图11展示了双脉冲测试应用窗口。在这里，用户可以设置：
图12 展示了双脉冲测试的实际测试设置。
在这个例子中，使用ST Micro-Electronics 的评估板作为N 沟道功率MOSFET 和IGBT 的门驱动器：EVAL6498L， 如图13 所示。
使用的MOSFET 也来自ST Micro-Electronics： STFH10N60M2。这些是N 沟道600V MOSFET，额定 漏电流为7.5A。 测试电路中使用的其他设备和器件包括： 脉泰克(Tektronix) 4、5 或6 系列MSO 示波器 泰克电流探头TCP0030A-120 MHz 泰克高压差分探头：TMDP0200 凯斯利(Kiethley) 直流电源 - 2280S（为门驱动IC 供电） 凯斯利2461 SMU 仪器（为电感供电） 电感：约1 mH 电源连接如下： MOSFET 焊接在电路板上。Q2 是低侧，Q1 是高侧。 Q1 的门和源需要短接，因为Q1 不会被打开。 Q2 的门电阻已焊接。R = 100Ω。 AF31000 的CH1 连接到评估板上的PWM_L 和GND 输 入。 凯斯利电源连接到评估板上的Vcc 和GND 输入，为门驱 动IC 供电。 凯斯利2461 SMU 仪器连接到HV 和GND，为电感供电。 然后将电感连接到HV 和OUT。 双脉冲测试测量 一旦所有电源连接都已**连接，我们可以将示波器的 探头连接到Q2（低侧MOSFET），如图14 所示。 一个被动探头连接到VGS。 差分电压探头连接到VDS。 TCP0030A 电流探头通过 MOSFET源引脚上的环路。 细心的探测和优化将帮助用户获得好的结果。用户可以 采取一些步骤来进行准确和可重复的测量，如从测量 中移除电压、电流和时间误差。如4/5/6 系列MSOs 的 WBG-DPT 选项的自动化测量软件消除了手动步骤，节 省时间并提供可重复的结果。 现在可以在AFG31000 上设置双脉冲测试，如图15 所 示的屏幕捕获。 脉冲的幅度设置为2.5 伏。**个脉冲的脉宽设置为10 微秒，间隙设置为5 微秒，**个脉冲设置为5 微秒。触发 设置为手动。 SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动信号和电源后，现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应用来配 置和执行双脉冲测试。 /5/6 系列MSO 上的双脉冲测试软件 WBG-DPT 应用相较于手动测试提供了几个重要优势： 缩短测试时间 即使在带有振铃的信号上也能实现可重复的测量 根据JEDEC/IEC 标准或使用自定义参数进行测量 预设功能以便于示波器设置 在脉冲之间和注释之间轻松导航 在结果表中总结测量结果 通过报告、会话文件和波形记录结果 完整的编程接口实现自动化 使用可配置的限制和对失败采取的行动进行合格/ 不合 格测试 有关WBG-DPT 应用的更多信息，请参阅数据表。 测量分为开关参数分析、开关定时分析和二极管恢复分 析。 WBG Deskew 功能 脉冲的幅度设置为2.5 伏。**个脉冲的脉宽设置为 10 微秒，间隙设置为5 微秒，**个脉冲设置为5 微秒。 触发设置为手动。 SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动 信号和电源后，现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应 用来配置和执行双脉冲测试。
使用的MOSFET 也来自ST Micro-Electronics： STFH10N60M2。这些是N 沟道600V MOSFET，额定 漏电流为7.5A。
测试电路中使用的其他设备和器件包括：
电源连接如下：
一旦所有电源连接都已**连接，我们可以将示波器的 探头连接到Q2（低侧MOSFET），如图14 所示。
细心的探测和优化将帮助用户获得好的结果。用户可以 采取一些步骤来进行准确和可重复的测量，如从测量 中移除电压、电流和时间误差。如4/5/6 系列MSOs 的 WBG-DPT 选项的自动化测量软件消除了手动步骤，节 省时间并提供可重复的结果。
现在可以在AFG31000 上设置双脉冲测试，如图15 所 示的屏幕捕获。
脉冲的幅度设置为2.5 伏。**个脉冲的脉宽设置为10 微秒，间隙设置为5 微秒，**个脉冲设置为5 微秒。触发 设置为手动。 SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动信号和电源后，现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应用来配 置和执行双脉冲测试。 /5/6 系列MSO 上的双脉冲测试软件 WBG-DPT 应用相较于手动测试提供了几个重要优势： 缩短测试时间 即使在带有振铃的信号上也能实现可重复的测量 根据JEDEC/IEC 标准或使用自定义参数进行测量 预设功能以便于示波器设置 在脉冲之间和注释之间轻松导航 在结果表中总结测量结果 通过报告、会话文件和波形记录结果 完整的编程接口实现自动化 使用可配置的限制和对失败采取的行动进行合格/ 不合 格测试 有关WBG-DPT 应用的更多信息，请参阅数据表。 测量分为开关参数分析、开关定时分析和二极管恢复分 析。
脉冲的幅度设置为2.5 伏。**个脉冲的脉宽设置为10 微秒，间隙设置为5 微秒，**个脉冲设置为5 微秒。触发 设置为手动。
SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动信号和电源后，现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应用来配 置和执行双脉冲测试。
WBG-DPT 应用相较于手动测试提供了几个重要优势：
有关WBG-DPT 应用的更多信息，请参阅数据表。
测量分为开关参数分析、开关定时分析和二极管恢复分 析。
脉冲的幅度设置为2.5 伏。**个脉冲的脉宽设置为 10 微秒，间隙设置为5 微秒，**个脉冲设置为5 微秒。 触发设置为手动。
SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动 信号和电源后，现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应 用来配置和执行双脉冲测试。
苏公网安备 32050802010778号
