Page 43 - 电力与能源2024年第五期
P. 43
吴 立，等：双脉冲测试参数设计与四开关 Buck-Boost DC-DC 变换器效率评估 575
与电流参数。
2 双脉冲测试参数的设定
双脉冲测试的目的是测试并评估器件在指定
电压和电流条件下的开关特性。
2.1 脉宽时间
假设第一脉宽宽度为 τ 1，被测开关管 Q L、储能
电感 L 以及母线电容 C Bus 构成回路，负载电流 I L
开始上升：
dI L ( t ) U Bus - I L ( t ) R es( L ) I L ( t )
=
dt L
I L ( t ) R DS( on ) I L ( t )
- （2）
图 2 双脉冲测试过程 L
式中 R es( L ) ——负载电感的等效串联电阻。
过设置母排电容的电压 U Bus 来实现的，而测试电
流条件是通过合理设置负载电感的电感值 L 和开 在实际测试电路中，为了保证开关管两侧电
通脉宽（t on1 及 t on2 ）来实现的。在 t 0 时刻，驱动信号 压基本保持不变，在此假设 C Bus 足够大，使得 V Bus
输出为逻辑高电平，SiC-MOSFET 开始导通，电 在测试的一个周期内恒等于 U set。同时，R es( L ) 和
感电流和开关管导通电流也开始增加。此时，负 SiC-MOSFET 的 导 通 等 效 R DS 都 很 小 ，可 将 式
载电感 L 上的电压为电容电压 U Bus，电感产生一 （2）化简为式（3）：
个线性电流 I。 dI L ( t ) = U set （3）
dt L
由于 U Bus 与 L 为外部参数，在系统设计之前
其中，电压通过设置直流电压源输出电压给
即可确定，因此第一个脉宽的时间长度可以决定
定，电流则通过第一个脉冲建立。为了较为准确
电流 I 的大小，其公式如下：
地达到指定电流 I set，第一脉冲宽度 τ 1 可以根据下
U Bus. t on1
I = （1） 式计算：
L
在 t 1 时 刻 ，驱 动 器 输 出 低 电 平 ，SiC- τ 1 = I set L/U set （4）
MOSFET 第一次关断，电感 L 上的电流经过二极 在 t 0 时刻，由于 L 的等效并联电容、陪测开关
管 续 流 并 缓 慢 衰 减 。 在 该 过 程 中 观 察 SiC- 管内反向二极管的反向恢复以及结电容的影响，
MOSFET 的关断情况，可以获得关断过程中的尖 Q L 开通时会产生电流尖峰和振荡，需要等电流振
峰电压，从而可以评估 PCB 的布局是否合理。 荡结束后再关断 Q L，以免 Q L 在 t 1 时刻关断造成影
在 t 2 时 刻 ，驱 动 器 再 次 输 出 高 电 平 ，SiC- 响。这是对 τ 1 时长下限的要求。在大多数实际测
MOSFET 第二次开通。此时续流二极管产生反 试 中 ，该 时 长 的 经 验 值 为 1～2 μs。 需 要 注 意 的
向恢复电流，在示波器上观察尖峰电流，可以获得 是，过长的 τ 1 会导致器件产生明显的升温，使得测
被测管的反向恢复损耗情况。该开通过程是双脉 试结果不能反映指定温度条件下器件的开关特
冲测试中的重点关注对象，电流的形态直接影响 性。这是对 τ 1 时长上限的要求。对于单管器件，τ 1
τ
换流过程的许多重要指标。 一般不超过 10 μs；对于大功率模块， 1 一般不超过
在 t 3 时 刻 ，驱 动 器 输 出 低 电 平 ，SiC- 50 μs。具体参数设置需根据测试目标和外置环
MOSFET 第二次关断。此时电流较大，由于主回 境结合式（4）确定。
路中母线杂散电感的存在，电压尖峰会产生关断。 对于两个脉冲之间的间隔 τ 2 来说，当 t 1 时刻
实际系统的可靠性评估主要依据该过程中的电压 Q L 关断后，需要关注 Q L 的 U GS 从开始下降到 U DS
