泰克科技测试方案：借助WBG-DPT软件的新型软件消偏方法加速双脉冲测试

双脉冲测试

精确的能量损耗测量是双脉冲测试的关键目标之一。消除电压探头和电流探头之间的时序偏差是在示波器上进行精确功率和能量测量的关键步骤。

适用于4B系列、5B系列和6B系列MSO（混合信号示波器）的双脉冲测试软件 (WBG-DPT) 包含一种专为双脉冲测试设计的新型消偏技术。这种新颖的方法与传统方法截然不同，并且速度显著提升，可以将测试时间缩短数小时。

该技术适用于使用FET（场效应晶体管）或IGBT（绝缘栅双极晶体管）的功率转换器。为简便起见，本文将使用FET术语。

 

 

为何需要消偏？

在任何功率转换器的设计中，都必须最小化开关过程中的能量损耗。这种能量损耗可以使用示波器进行测量。通常的做法是将同步采样的电压和电流相乘，生成功率波形：

p(t) = v(t)*i(t)

由于功率波形代表随时间变化的能量消耗，因此可以通过对功率波形积分来确定能量：

E = ∫p(t)dt

为了使这些能量损耗测量准确，电流和电压波形的跃变必须在时间上对齐。因此，为了获得有意义的能量损耗测量结果，设计人员必须校正测试夹具和探头引入的不同延迟。

传统上，探头的偏差是在测试装置上开始任何测量之前计算的。对于低压应用，可以使用函数发生器和消偏适配器（Tektronix部件号P/N 067-1686-03）进行对齐。然而，这种方法对于高压和大电流应用并非最佳选择。

用传统方法对齐更高功率，低侧漏源电压 (VDS) 和漏极电流 (ID) 的测量需要重新布线测试装置。必须移除负载电感并用电阻代替。然后进行测量，并对齐VDS和ID测量结果。这个过程可能需要一个小时或更长时间。

图1. 传统的消偏方法涉及移除负载电感并用电阻代替。

新型消偏方法

泰克WBG-DPT解决方案采用业界首创的基于软件的消偏技术，无需重新布线，并且在双脉冲测量完成后执行。在该新方法中，采集漏极电流 (ID) 并将其用作参考波形。在导通期间，使用测试电路的参数化模型计算低侧VDS对齐波形。该对齐波形以ID波形为参考，相对于ID将具有零偏差。消偏算法确定计算得到的VDS对齐波形与实测VDS波形之间的偏差，然后，它将偏差校正应用于VDS测量通道。

图2.  采用新方法，消偏在测试后进行。参数在Deskew（消偏) 菜单中指定。

消偏过程

如上所述，消偏可以在测量完成后执行。用户可以启动双脉冲测试而无需担心VDS和ID之间的偏差，稍后在Deskew（消偏）设置中选择并提供以下参数：

■ 探头电阻 - 本文中假设为电流检测电阻 (CVR) 或分流电阻

■ 有效“环路”电感

■ 偏置电压（低侧FET关断时其两端的平均VDS）

■ 微分阶数（模型用于平滑处理的滤波器阶数）

图3.  用于构建VDS_low对齐波形的等效电路。此电路假设使用电流检测电阻测量ID。

偏置电压和有效电感值可以自动确定。在Deskew菜单中输入的参数用于构建VDS对齐波形。该波形是使用基尔霍夫电压定律构建的：

其中：

   VDD - VDS_high代表电源轨电压和高侧FET两端的压降。注意，在导通期间，由于VDD固定且VDS_high是高侧FET体二极管两端的电压，因此该值将保持恒定。

   Rshunt是电流分流电阻的阻值。

   ID是根据Rshunt两端的压降测量得出的漏极电流。

   dID/dt是测得的漏极电流变化率。

   Leff是整个功率环路的有效电感。

在导通期间，如上所述，VDD - VDS_high将基本保持恒定。Rshunt和Leff也是常量。这意味着建模的VDS_low对齐波形是ID的函数。

配置参数后，用户按下WBG消偏按钮。系统会根据指定的参数和漏极电流生成VDS的数学模型。此对齐波形会显示在屏幕上。

图4.  由ID计算得出的VDS对齐波形与实测VDS波形进行比较。偏差 (Skew) 是对齐波形与实测波形之间的时间差。一旦计算出来，即可从ID波形中去除该偏差。

有效电感Leff是一个“集总”元件，它考虑了如上所示的整个环路。因此，Leff通常是未知的，需要迭代过程来确定其值。消偏过程可以轻松地重复运行，并且可以调整Leff，直到计算出的对齐波形和实测的VDS波形具有相同的形状。如果建模的VDS对齐波形与实测的VDS波形在形状上存在差异，则可以调整参数并再次运行消偏。

一旦参数准确代表了系统，建模的对齐波形将具有相同的形状，系统即可确定并校正偏差。偏差值会显示在Deskew (消偏) 设置中，并自动应用于连接VDS信号的通道。

这个新过程能精确地计算偏差，并将消偏时间从一小时或更长时间缩短到仅需5到10分钟。

借助WBG-DPT软件，有效电感和偏置电压等电路参数可以自动确定。因此，可以以更少的人工干预来计算偏差值。