雙脈沖測試

精確的能量損耗測量是雙脈沖測試的關鍵目標之一。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行精確功率和能量測量的關鍵步驟。

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計的新型消偏技術。這種新穎的方法與傳統方法截然不同，并且速度顯著提升，可以將測試時間縮短數小時。

該技術適用于使用FET（場效應晶體管）或IGBT（絕緣柵雙極晶體管）的功率轉換器。為簡便起見，本文將使用FET術語。

為何需要消偏？

在任何功率轉換器的設計中，都必須最小化開關過程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進行測量。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果，設計人員必須校正測試夾具和探頭引入的不同延遲。

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

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

圖1. 傳統的消偏方法涉及移除負載電感并用電阻代替。

新型消偏方法

泰克WBG-DPT解決方案采用業界首創的基于軟件的消偏技術，無需重新布線，并且在雙脈沖測量完成后執行。在該新方法中，采集漏極電流 (ID) 并將其用作參考波形。在導通期間，使用測試電路的參數化模型計算低側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，它將偏差校正應用于VDS測量通道。

圖2. 采用新方法，消偏在測試后進行。參數在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行。用戶可以啟動雙脈沖測試而無需擔心VDS和ID之間的偏差，稍后在Deskew（消偏）設置中選擇并提供以下參數：

■探頭電阻 - 本文中假設為電流檢測電阻 (CVR) 或分流電阻

■有效“環路”電感

■偏置電壓（低側FET關斷時其兩端的平均VDS）

■微分階數（模型用于平滑處理的濾波器階數）

圖3. 用于構建VDS_low對齊波形的等效電路。此電路假設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菜單中輸入的參數用于構建VDS對齊波形。該波形是使用基爾霍夫電壓定律構建的：

其中：

VDD- VDS_high代表電源軌電壓和高側FET兩端的壓降。注意，在導通期間，由于VDD固定且VDS_high是高側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是整個功率環路的有效電感。

在導通期間，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。

配置參數后，用戶按下WBG消偏按鈕。系統會根據指定的參數和漏極電流生成VDS的數學模型。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運行，并且可以調整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，則可以調整參數并再次運行消偏。

一旦參數準確代表了系統，建模的對齊波形將具有相同的形狀，系統即可確定并校正偏差。偏差值會顯示在Deskew (消偏) 設置中，并自動應用于連接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可以自動確定。因此，可以以更少的人工干預來計算偏差值。