功率转换器和逆变器的半桥配置测量方案

用于功率转换器和逆变器的半桥配置中的硬切换是用于有效功率转换的常用技术，特别是在较高功率水平下。随着碳化硅（SiC）技术使开关速度提高，电源两端短路导致直通电流的可能性增加。从开关节点到栅极的寄生耦合电容的影响变得越来越关键。

耦合电容会导致高端栅极毛刺，从而导致不希望的导通条件，半桥的两个晶体管同时导通，从而导致短路，从而导致大电流流过。这种直通电流条件可能会损坏晶体管。提高大功率设计的鲁棒性是关键的设计准则。重要的是要确保半桥的高侧门上没有严重的毛刺，并且高开关速度和直通条件之间的裕度会不断缩小。成功设计中要提高精度，就需要使用用于评估关键参数值的测量仪器来提高精度。

为了验证直通事件的风险，必须同时测量高端和低端开关上的栅极至源极电压（在时域中，使用示波器）。为了防止相应的晶体管意外导通，高端栅极信号上的毛刺可能不会超过预定义的电压电平。该任务需要针对高端和低端的一系列触发事件以及非常高的触发精度进行复杂的触发设置，并精确定义触发阈值。配置触发器设置后，被测设备将在不同的负载和环境条件下运行，以在整个指定的操作范围内确定关键条件，以调查击穿的风险。

数字触发器大大提高了示波器测量的准确性。与模拟触发器相比，没有单独的触发器路径。数字触发器实时应用于完全相同的数字数据，并具有与显示数据相同的分辨率和带宽；如果示波器可以检测到信号，则也可以触发该信号。

数字触发器可识别关键点以验证击穿风险的优势包括

• 在设置高端和低端触发条件的完整序列时具有高度灵活性。
• 触发滞后的单独设置可优化相应信号的触发灵敏度。
• 在全带宽下具有较高的触发灵敏度，可以捕获较小的有害干扰。
• 抖动值非常低，可以稳定触发。
• 当以最大分辨率和带宽采集数据时，实时触发采集的数据；不会错过任何重大事件。

R＆S RTE和R＆S RTO等现代示波器具有先进的，易于使用的数字触发器以及满足电力电子测试要求的理想规格。

作为使用数字触发器的示例，基于对称半桥拓扑的500 W DC / DC转换器用于演示如何识别可能导致击穿的关键门时序事件。由于实时操作，在将高端栅极信号的触发值调整为最大可接受值的同时，任何违反该值的开关事件都可以轻松识别，从而可以承受击穿的危险。该转换器在36 V至72 V的输入电压下工作，并产生3.3 V的输出电压。开关频率为400 kHz。根据数据表，MOSFET栅极的最低可能阈值电压为2V。

将示波器连接到DUT之后，使用示波器应用程序对话框配置所有相关的触发选项：

首先，选择一个触发序列，以便可以在一个序列中定义三个事件（A，B，R）。将第一个触发事件（A）定义为负沿触发，以捕捉低侧开关处的栅极至源极电压的下降沿（图1）。为此条件定义合适的触发电平。在半桥连续运行期间，此触发事件将捕获低端开关设备上的每个关闭事件。

图1：触发器设置：低端开关处的触发器A的负斜率边缘事件。

其次，定义该序列的下一个触发事件（B），以检测高端开关的栅极至源极端子上的毛刺（图2）。仅在发生第一个触发事件（A）后，此触发才有效。根据应用的最坏情况定义毛刺电平，极性和宽度值。

第三，定义复位条件（R），以在未发生故障事件的情况下在特定的超时后复位第一个预触发事件。低侧开关的最大接通时间在触发设置中定义超时值。

图2：触发器设置：高边开关处的触发器B的毛刺事件。

为了确定安全裕度，请降低从2 V开始的高端栅极毛刺触发的触发电平，直到发生触发事件为止。在1.88 V（绿色框）下，将生成触发事件，如测量结果所示（图3）。在这种情况下，这意味着120 mV的安全裕度。设计人员必须确定这是否足以满足转换器或逆变器系统的需求。

图3：半桥配置的测量结果

除了研究触发器之外，还确定了有关电路的其他信息，例如，变压器的漏感与开关的输出电容之间的谐振频率（在蓝色框中）。
编辑：hfy