【導讀】雙脈沖測試中一個(gè)重要目標是，準確測量能量損耗。在示波器中進(jìn)行準確的功率、能量測試，關(guān)鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進(jìn)行校準，消除時(shí)序偏差。

雙脈沖測試中一個(gè)重要目標是，準確測量能量損耗。在示波器中進(jìn)行準確的功率、能量測試，關(guān)鍵的一步是在電壓探頭和電流探頭之間進(jìn)行校準，消除時(shí)序偏差。

雙脈沖測試軟件（WBG-DPT)在4系、5系和6系示波器上均可使用，該軟件包括一種新的專(zhuān)為雙脈沖測試設計的消除時(shí)序偏差（deskew）的校準技術(shù)。這種新的方法與傳統方法大有不同，測試速度顯著(zhù)加快，縮短了測試時(shí)間。

該技術(shù)適用于使用場(chǎng)效應晶體管或 IGBT 的功率轉換器。在本篇文章中，我們將使用 FET 術(shù)語(yǔ)，來(lái)使得描述簡(jiǎn)單明了。

為什么要消除時(shí)序偏差（deskew）？

在設計任意一種功率變換器時(shí)，都必須盡量減少開(kāi)關(guān)過(guò)程中的能量損耗。這種能量損耗可以使用示波器進(jìn)行測量。一般方法是將同一時(shí)刻的電壓和電流采樣相乘，生成功率波形。

p(t) = v(t)*i(t)

由于功率波形表示隨時(shí)間變化的能量消耗，因此可以通過(guò)對功率波形進(jìn)行積分來(lái)確定能量：

E = ∫p(t)dt

要準確測量能量損耗，電流和電壓波形的轉換應在時(shí)間上保持一致。因此，為了準確進(jìn)行能量損耗測量，設計者必須矯正測試夾具和探頭造成的延遲。

一般來(lái)講，在測試裝置上開(kāi)始任何測量之前都要計算探頭之間的偏差。對于低電壓應用，可以使用函數發(fā)生器和時(shí)序偏差校準夾具（deskew 夾具）（Tektronix P/N 067-1686-03）進(jìn)行校準。但是，這種方法對于高電壓和大電流應用而言，并非最佳選擇。

為了匹配更高功率下低壓漏-源極電壓（VDS）和漏極電流（ID）的測量，傳統技術(shù)需要重新布線(xiàn)測試裝置。這要求移除負載電感，并用電阻取而代之。接下來(lái)進(jìn)行測量，需要匹配 VDS 和 ID 測量值。這個(gè)過(guò)程可能需要一個(gè)小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間。

一種新的時(shí)序偏差校準（deskew）方法

泰克 WBG-DPT 解決方案是業(yè)內首創(chuàng )的基于軟件的時(shí)序偏差校準(deskew)技術(shù)，無(wú)需重新布線(xiàn)，只需在進(jìn)行雙脈沖測量后即可執行。在新方法中，采集漏極電流 (ID) 用作參考波形。在導通期間，利用測試電路的參數模型計算出低壓側 VDS 對齊波形，其計算后的波形參考 ID 波形，相對于 ID 沒(méi)有時(shí)序偏移。消除時(shí)序偏差的算法確定計算出的 VDS 波形與測量出的 VDS 波形之間的時(shí)序偏差。然后將deskew校準的數據修正到 VDS 測量通道。

時(shí)序偏差校準過(guò)程

如上所述，時(shí)序偏差校準可在測量后進(jìn)行。在開(kāi)始雙脈沖測試時(shí)，無(wú)需擔心 VDS 和 ID 之間的偏差，隨后選擇deskew設置并提供以下參數：

• 探頭阻抗 - 在本文中假定為電流檢測電阻(CVR)或分流電阻

• 有效"回路"電感

• 偏置電壓（低壓側 FET 關(guān)斷時(shí)兩端的平均 VDS）

• 差分階數（模型用于平滑的濾波器階數）

  
  

圖 3. 用于建立 VDS_low 對齊波形的等效電路。該電路假定使用一個(gè)電流觀(guān)察電阻來(lái)測量 ID。

在deskew菜單中輸入的參數用于構建 VDS 對應波形。波形使用基爾霍夫電壓定律建立：

其中

V_DD - V_{DS_high} 表示電源軌電壓和高壓端場(chǎng)效應晶體管FET上的壓降。需要注意，在開(kāi)啟期間，由于 V_DD 是固定的，而 V_{DS_high}是高壓端場(chǎng)效應晶體管FET本體二極管上的電壓，所以這個(gè)量是恒定的。

• R_shunt是分流電阻。

• I_D 是根據 Rshunt 上的壓降測得的漏極電流。

• dI_D /dt 是測得的漏極電流變化率。

• L_eff 是整個(gè)電源回路的有效電感。

如上所述，在開(kāi)啟期間，V_DD - V_{DS_high} 實(shí)際上是恒定的。R_shunt和L_eff 也是恒定的。 這意味著(zhù)模擬的 V_{DS_low} 走線(xiàn)波形是 ID的函數。

配置完參數后，用戶(hù)按下 WBG 的deskew按鈕。系統將根據指定的參數和漏極電流生成 VDS 的數學(xué)模型。 該波形將顯示在屏幕上。

圖 4. 根據 ID 計算出的 V_DS 對齊波形與測量的 V_DS波形進(jìn)行比較。偏移是對齊波形和測量波形之間的時(shí)間差。計算出偏斜后，就可以從I_D 波形中去除偏斜。

如上圖所示，有效電感L_eff考慮到了整個(gè)環(huán)路的 "疊加 "。因此，L_eff 通常是未知的，而這個(gè)參數需要反復調整。簡(jiǎn)單地將糾偏過(guò)程反復運行，并對 L_eff 進(jìn)行調整，直到計算出的對齊波形和測量出的 V_DS波形具有相同的形狀。如果計算出的 V_DS對齊波形與測量的 V_DS波形在形狀上存在差異，可以調整參數并再次運行校準時(shí)間偏差。

一旦參數設置準確，對齊波形和測量波形將具有相同的形狀，系統就能確定并糾正偏斜。偏斜值顯示在Deskew設置中，并自動(dòng)應用于連接 V_DS信號的通道。

這一新流程可以準確地計算偏斜值，并將時(shí)序偏差校準時(shí)間從一小時(shí)或更長(cháng)時(shí)間縮短到 5 至 10 分鐘。

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