▌01 动态特性

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??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 MOS半桥 作为发送线圈的功率驱动电路。因为在半桥电路中MOS为了进一步优化驱动方案和系统工作参数，管道的功耗主要发生在开关管的动态切换过程中MOS测试管道的动态特性。

??在以前的测试工作中使用MOS管包括有 IRF3710 、 AOT254L 等等。测量器件的动态特性方案也在其数据手册中给出。

^{▲ IRF3710，AOT254L动态特性测试方法}

??设备的开关特性通常包括：

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

1.双脉冲法

??在网络中，对IGBT双脉冲试验（Double-Pulse Test）该方法应用广泛。该方法采用巧妙的电路结构和测试过程

??双脉冲测试电路结构如下图所示。它包括两个相同的待检测功率管。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}

??第一个脉冲在双脉冲测量中相对较宽。电源电压通过下管导通Vbus负载电流通过电感L逐渐建立IL。

??然后在截止100us左右，使下管截止，电感上的电流IL上管体反向二极管将继续流动。 然后给出第二个脉冲(约15个us）。下管重新导通，造成的Vce、Ic功率管的许多动态特映许多动态特性。

^{▲ 波形采用双脉冲测量}

2.相关文献

• IGBT Double Pulse Test
• IGBT介绍了双脉冲测试方法_魏炜
• 阅读双脉冲试验IGBT性能
• Double pulse testing Create waveforms and automate testing of power devices
• Why the width of two pulses is different in double pulse test for IGBT?

▌02 测试电路生产

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??测试电路采用快速制版制作，测试双脉冲法测量功率MOS管道的动态特性。

1.双脉冲驱动信号电路¹

(1)制作电路板

??使用STM32F030单片机作为脉冲信号发生器，脉冲信号通过TPS2825放大后输出驱动待测MOS功率管。

^{▲ 驱动信号原理图}

??测试电路板通过快速制版获得:

^{▲ 电路图快速制版}

^{▲ 焊接试验电路}

加电调试：

3.3V 电压：3.293V 静态工作电流：15mA

(2)单片机软件²

^{▲ 开发软件下载流程}

^{▲ 工作过程}

??通过PB7输出频率为50Hz测量方波信号TPS28225的LDRIVE可以测量输出信号的相位和振幅。

^{▲ TPS28225的输入（蓝色）与输出（粉色）信号}

(3)双脉冲时间设计

??使用10mH测量电路中的负载电感L和电流采样电阻为50毫欧电阻Rc.

??假设MOS管道测量工作电流为Ic=1A；工作电压Uc=12V。双脉冲的第一阶段是：

T 1 = I c d I / d t = I c U c / L = I c ? L U c = 1 × 10 × 1 0 ? 3 12 = 833 ?? μ s T_1 = { {I_c } \over {dI/dt}} = { {I_c } \over {U_c /L}} = { {I_c \cdot L} \over {U_c }} = { {1 \times 10 \times 10^{ - 3} } \over {12}} = 833\,\,\mu s T1​=dI/dtIc​​=Uc​/LIc​​=Uc​Ic​⋅L​=121×10×10−3​=833μs

  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 tdelay​=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

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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

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  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。

■ 相关文献链接:

• 100W无线电耦合功率测试实验
• 基于TPS28225功率MOS半桥电路测试
• IRF3710
• AOT254L
• IGBT Double Pulse Test
• IGBT双脉冲测试方法介绍_魏炜
• 双脉冲试验读懂IGBT性能
• Double pulse testing Create waveforms and automate testing of power devices
• Why the width of two pulses is different in double pulse test for IGBT?

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1. 双脉冲驱动信号AD工程文件:AD\Test\2021\DoublePulseIGBT\DoublePulseIGBT.PcbDoc * ↩︎

2. STM32F030单片机软件😄:\zhuoqing\DesignCenter\PythonCmd\cdpf.PY ↩︎