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试 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试 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
