全新的軟體偏移校正方法加速雙脈衝測試
準確的能量損耗量測是雙脈衝測試的關鍵目標之一。消除電壓和電流探棒之間的時序偏差是在示波器上進行準確功率和能量量測的關鍵步驟。
4 系列、5 系列和 6 系列 MSO 上提供的雙脈衝測試軟體 (WBG-DPT) 包含專為雙脈衝測試設計的新型偏移校正技術。這種新穎的方法與傳統方法有很大不同，而且速度明顯更快，可以有效減少測試時間。
此技術適用於使用 FET 或 IGBT 的電源轉換器。在本文中，我們將使用 FET 術語來簡化說明。
為什麼要進行偏斜校正？
在任何電源轉換器的設計中，都必須盡可能地減少切換期間的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器來量測。一般方法是將同時發生的電壓和電流取樣相乘以產生功率波形。
p(t) = v(t)*i(t)
由於功率波形代表隨時間變化的能量消耗，因此可以透過對功率波形進行積分來確定能量：
E = ∫p(t)dt
為了使這些能量損耗量測準確，電流和電壓波形的轉變應及時校準。因此，為了進行有意義的能量損耗量測，設計人員必須校正測試夾具和探棒導入的不同延遲。
傳統上，在開始對測試設定進行任何量測之前要先計算探棒之間的時序誤差。對於低電壓應用，可以使用函數產生器和偏移校正轉接器 (Tektronix 零件編號 067-1686-03) 進行校準。然而，這對於高電壓和高電流應用而言並不是最佳的方法。
用於校準較高功率、低端汲極至源極電壓 (VDS) 和汲極電流 (ID) 量測的傳統技術需要針對測試設定重新佈線。過程中必須拆除負載電感器並使用電阻器替換。然後進行量測並校準 VDS 和 ID 量測值。此過程可能需要一個小時以上的時間。
圖 1：傳統的偏移校正方法包括移除負載電感器並使用電阻器取代。
全新的偏移校正方法
The Tektronix WBG-DPT 解決方案採用業界首創的軟體式偏移校正技術，無需重新佈線，且可在進行雙脈衝量測後執行。在新方法中會擷取汲極電流 (ID) 並將其用作參考波形。在開啟期間，使用測試電路的參數模型來計算低端 VDS 校準波形。校準波形會參考 ID 波形，且相對於 ID 具有零偏斜。偏移校正演算法可確定計算出的 VDS 校準波形與測得的 VDS 波形之間的偏移。然後再將偏斜校正應用於 VDS 量測通道。
圖 2：採用新方法，在測試後執行偏移校正。參數是在 Deskew (偏移校正) 功能表中指定。
偏移校正程序
如上所述，可以在進行量測之後執行偏移校正。使用者可以開始進行雙脈衝測試，而不必擔心 VDS 和 ID 之間的偏差，稍後選擇偏差校正設定並提供以下參數：
- 探棒電阻 - 在本文中假設為電流觀察電阻器 (CVR) 或分流電阻器
- 有效的「迴路」電感
- 偏壓 (低端 FET 關閉時的平均 VDS)
- 微分階數 (模型用於平滑的濾波器階數)
圖 3：用於建構 VDS_low 校準波形的等效電路。此電路假設使用電流觀察電阻來量測 ID。
在 Deskew (偏移校正) 功能表中輸入的參數用於建立 VDS 校準波形。波形是使用 Kirchhoff 電壓定律建構：
其中：
VDD - VDS_high 表示電源軌電壓和高端 FET 上的電壓差。請注意，在導通期間，此值將保持恆定，因為 VDD 是固定值，且 VDS_high 是高端 FET 內接二極體兩端的電壓。
Rshunt 是分流器的電阻。
ID 是根據 Rshunt 壓降測得的汲極電流。
dID/dt 是量測的汲極電流變化率。
Leff 是整個電源迴路的有效電感。
在導通期間，VDD-VDS_high 實際上將保持恆定，如上所述。Rshunt 和 Leff 也是恆定值。這意味著建模的 VDS_low 校準波形是 ID 的函數。
設定參數後，使用者按下 WBG 偏移校正按鈕。系統會根據指定參數和汲極電流產生 VDS 的數學模型。此校準波形會顯示在螢幕上。
圖 4：根據 ID 計算出的VDS 校準波形與測得的 VDS 波形進行比較。偏移是校準波形和量測波形之間的時間差。一旦計算出來，就可以從 ID 波形中消除偏斜。
有效電感 Leff 是一個「集總」元件，考慮了整個迴路，如上所示。因此， 通常是未知的值，並且將其代入將是一個重複推導的過程。使用者可以輕鬆地重複執行偏移校正過程，並且可以對 Leff 進行調整，直到計算出的校準波形和量測到的 VDS 波形具有相同的形狀。如果建模的 VDS 校準波形和量測的 VDS 波形的形狀存在差異，則可以調整參數並再次執行偏移校正。
一旦參數準確地代表系統，建模的校準波形將具有相同的形狀，且系統可以確定並校正偏斜。偏移值顯示在偏移校正設定中，並自動套用於 VDS 訊號所連接的通道。
這個新流程準確地解決了偏移問題，並將偏移校正時間從一個小時 (或更長時間) 減少為僅 5 至 10 分鐘。
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