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Neue Doppelpuls-Test-Software für AFGs

Schnellere Leistungseffizienztests

6. November 2019, 14:20 Uhr | Nicole Wörner

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Was ist die Doppelpulsmethode?

Die Doppelpulsmethode ist ein Verfahren zur Messung der Schaltparameter und zur Auswertung des dynamischen Verhaltens von Leistungsbausteinen. Sie dient der Bestimmung folgender Parameter:

•   Einschaltparameter: Einschaltverzögerung td(on), Anstiegszeit tr, ton (Einschaltzeit), Eon (Einschaltenergie), dv/dt und di/dt. Anschließend wird der Energieverlust ermittelt.
•   Ausschaltparameter: Ausschaltverzögerung td(off), Abfallzeit (tf), toff (Ausschaltzeit), Eoff (Ausschaltenergie), dv/dt und di/dt. Anschließend wird der Energieverlust ermittelt.
•   Parameter für die Reverse-Recovery: trr (Reverse-Recovery-Zeit), Irr (Reverse-Recovery-Strom), Qrr (Reverse-Recovery-Ladung), Err (Reverse-Recovery-Energie), di/dt und Vsd (Forward-Spannung).
Der Doppelpulstest wird durchgeführt zur Bestimmung von:
•   Garantierten Spezifikationen des Datenblattes für Leistungsbausteine wie MOSFETs und IGBTs.
•   Ist-Werten und Abweichungen der Leistungsbausteine oder -module
•   Schaltparametern bei unterschiedlichen Strömen unter Beachtung der Bausteinstreuung.

Der Doppelpulstest wird in der Regel wie in Abbildung 4 aufgebaut. Der Test wird mit einer induktiven Last und einer Spannungsversorgung durchgeführt. Der Induktor dient zur Nachbildung von realen Schaltungsbedingungen wie in einemechten Umrichterdesign. Ein arbiträrer Funktionsgenerator wird verwendet, um die Impulse auszugeben, die das Gate des MOSFETs triggern und einschalten, um den Stromfluss zu regeln.

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Abbildung 5 zeigt den Stromfluss innerhalb der verschiedenen Phasen des Doppelpulstest mit einem MOSFET. Die gleiche Stromrichtung gilt auch bei Verwendung von IGBTs, wie in Abbildung 6 dargestellt. Abbildung 7 zeigt die Messungen, die an dem Low-Side-MOSFET- oder -IGBT durchgeführt werden.

Werfen wir nun einen Blick auf die verschiedenen Phasen der Doppelpulsmethode und weshalb es wichtig ist, die Kontrolle über die Impulsbreite und das Timing zu haben. (Beachten Sie, dass sich diese Schritte auf die Abbildungen 5, 6 und 7 beziehen.)

•   Der erste Schritt, der durch den ersten Einschaltimpuls repräsentiert wird, ist die anfänglich eingestellte Impulsbreite. Dadurch wird ein Strom in der Spule aufgebaut. Dieser Impuls wird so eingestellt, dass er den gewünschten Prüfstrom (Id) erzielt, wie in Abbildung 7 dargestellt.
•   Der zweite Schritt ist das Ausschalten des ersten Impulses, was den Strom in der Freilaufdiode erzeugt. Die Ausschaltzeit ist kurz, um den Laststrom so nah wie möglich an einem konstanten Wert zu halten. Dies ist in den Abbildungen 5 und 6 zu sehen, wenn der Strom durch die Diode des High-Side-MOSFETs oder -IGBTs fließt.
•   Der dritte Schritt wird durch den zweiten Einschaltimpuls repräsentiert. Die Impulsbreite ist kürzer als die des ersten Impulses, sodass das Bauelement nicht überhitzt. Der zweite Impuls muss dennoch lang genug sein, damit die Messungen sauber durchgeführt werden können. Der in Abbildung 7 zu sehenden Überschwinger ist auf die Reverse-Recovery der Freilaufdiode aus dem High-Side-MOSFET/IGBT zurückzuführen.
•   Die Messungen der Ein- und Ausschaltzeiten werden dann beim Ausschalten des ersten Impulses und beim Einschalten des zweiten Impulses erfasst.