▌01动态特性

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

▌02测试电路制作

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

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：

T1=IcdI/dt=IcUc/L=Ic⋅LUc=1×10×10−312=833μsT_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 sT1​=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：

tdelay=0.25×nt_{delay} = 0.25 \times ntdelay​=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

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

1. 测试IRF3710

（1）Vds波形

（2）Id波形

2.测试AOT254L

（1）测量Vds波形

（2）测量Id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

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

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IRF3710AOT254LIGBT Double Pulse TestIGBT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 devicesWhy the width of two pulses is different in double pulse test for IGBT?

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

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

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