▌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。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}

2.相关文献

• 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?

 

▌02 测试电路制作

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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：

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}

 

▌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

   标签：波形,MOS,脉冲,测量,电路,IGBT,测试
   来源： https://blog.csdn.net/zhuoqingjoking97298/article/details/113782310