Doğru enerji kaybı ölçümleri double pulse testinin temel hedeflerinden biridir. Gerilim ve akım probları arasındaki zamanlama çarpıklığının ortadan kaldırılması, osiloskopta doğru güç ve enerji ölçümlerinin yapılmasında kritik bir adımdır.

4 Serisi, 5 Serisi ve 6 Serisi MSO'larda bulunan double pulse test yazılımı (WBG-DPT), double pulse testi için özel olarak tasarlanmış yeni bir deskew teknolojisi içerir. Bu yeni yaklaşım, geleneksel yaklaşımdan çok farklı ve çok daha hızlıdır. Testlerden saatlerce tasarruf edebilir.

Teknik, FET veya IGBT kullanan güç dönüştürücüler için işe yarar. Bu yazının amacı doğrultusunda işleri basitleştirmek için FET terminolojisini kullanacağız.

Neden Deskew?

Herhangi bir güç dönüştürücünün tasarımında anahtarlama sırasındaki enerji kaybı en aza indirilmelidir. Bu enerji kaybı bir osiloskop kullanılarak ölçülebilir. Genel yaklaşım, bir güç dalga biçimi oluşturmak için eşzamanlı gerilim ve akım örneklerini çarpmaktır.

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

Güç dalga biçimi zaman içindeki enerji tüketimini temsil ettiğinden, enerji, güç dalga biçiminin entegre edilmesiyle belirlenebilir:

E = ∫p(t)dt

Bu enerji kaybı ölçümlerinin doğru olması için akım ve gerilim dalga biçimlerinin geçişlerinin zaman içinde hizalanması gerekir. Bu nedenle anlamlı enerji kaybı ölçümleri elde etmek için tasarımcıların test donanımları ve probların neden olduğu farklı gecikmeleri düzeltmesi gerekir.

Geleneksel olarak problar arasındaki zaman kayması, test kurulumunda herhangi bir ölçüme başlamadan önce hesaplanır. Düşük voltajlı uygulamalarda hizalama için bir function generator ve deskew adaptörü (Tektronix P/N 067-1686-03) kullanılabilir. Ancak bu yaklaşım yüksek gerilim ve yüksek akım uygulamaları için ideal değildir.

Daha yüksek güç, düşük taraf drenajdan kaynağa voltaj (V_DS) ve drenaj akımı (I_D) ölçümlerini hizalamaya yönelik geleneksel teknik, test kurulumunun yeniden kablolanmasını gerektirir. Yük indüktörü çıkarılmalı ve bir dirençle değiştirilmelidir. Daha sonra ölçümler yapılır ve V_DS ve I_D ölçümleri hizalanır. Bu prosedür bir saat veya daha fazla sürebilir.

Şekil 1. Deskew’e yönelik geleneksel yaklaşım, yük indüktörünün çıkarılmasını ve bunun bir dirençle değiştirilmesini içerir.

 

Yeni Deskew Yaklaşımı

Tektronix WBG-DPT çözümünün sektörde bir ilk olan yazılım tabanlı deskew tekniği, yeniden kablolama ihtiyacını ortadan kaldırır ve double pulse ölçümleri alındıktan sonra gerçekleştirilir. Yeni yöntemde drenaj akımı (I_D) elde edilir ve referans dalga biçimi olarak kullanılır. Açma sırasında, test devresinin parametrik modeli kullanılarak düşük taraf V_DS hizalama dalga biçimi hesaplanır. Hizalama dalga biçimi I_D dalga biçimine referans verir ve I_D'ye göre sıfır eğime sahip olacaktır. Deskew algoritması, hesaplanan V_DS hizalama dalga biçimi ile ölçülen V_DS dalga biçimi arasındaki eğriliği belirler. Daha sonra çarpıklık düzeltmesini V_DS ölçüm kanalına uygular.

Şekil 2. Yeni yaklaşımla test sonrasında deskew işlemi yapılıyor. Parametreler Deskew menüsünde belirtilir.

 

Deskew Prosedürü

Yukarıda belirtildiği gibi ölçümler alındıktan sonra deskew işlemi yapılabilir. V_DS ve I_D arasındaki sapma endişesi olmadan double pulse testi başlatılabilir, daha sonra Deskew ayarları seçilebilir ve aşağıdaki parametreler girilebilir:

• Prob direnci - bu yazıda bir akım görüntüleme direnci (CVR) veya şönt direnç olduğu varsayılmaktadır
• Etkili "loop" endüktansı
• Bias Gerilimi (kapalı olduğunda düşük taraf FET'i boyunca ortalama V_DS)
• Diferansiyel Order (model tarafından yumuşatma için kullanılan filtre sırası)

Şekil 3. V_{DS_low} hizalama dalga formunu oluşturmak için kullanılan eşdeğer devre. Bu devre, I_D'yi ölçmek için bir akım izleme direncinin kullanıldığını varsayar.

Deskew menüsüne girilen parametreler, V_DS hizalama dalga biçimini oluşturmak için kullanılır. Dalga formu Kirchhoff'un Gerilim Yasası kullanılarak oluşturulmuştur:

Nerede:

V_DD - V_{DS_high}, yüksek taraftaki FET boyunca güç rayı voltajını ve düşüşünü temsil eder. Açma sırasında V_DD sabit olduğundan ve V_{DS_high} yüksek taraf FET'in gövde diyotu üzerindeki voltaj olduğundan bunun sabit olacağını unutmayın.

R_shunt  mevcut shunt direncidir.

I_D, R_shunt 'taki düşüşe dayalı olarak ölçülen drenaj akımıdır.

dI_D/dt drenaj akımının ölçülen değişim hızıdır.

L_eff, tüm güç döngüsünün etkin endüktansıdır.

Açma sırasında V_DD - V_{DS_high}  yukarıda belirtildiği gibi pratik olarak sabit olacaktır. R_shunt ve L_eff de sabittir. Bu, modellenen V_{DS_low} hizalama dalga formunun I_D'nin bir fonksiyonu olduğu anlamına gelir.

Parametreleri yapılandırdıktan sonra kullanıcı WBG deskew düğmesine basar. Sistem, belirtilen parametrelere ve drenaj akımına dayalı olarak VDS'nin matematiksel bir modelini oluşturur. Bu hizalama dalga formu ekranda görüntülenir.

Şekil 4. I_D 'den hesaplanan V_DS hizalama dalga biçimi, ölçülen V_DS dalga biçimiyle karşılaştırılır. Zaman kayması, hizalama ve ölçülen dalga formları arasındaki zaman farkıdır. Hesaplandıktan sonra çarpıklık I_D dalga formundan kaldırılabilir.

Etkin endüktans L_eff, yukarıda gösterildiği gibi tüm döngüyü dikkate alan "toplu" bir elemandır. Bu nedenle, L_eff  genellikle bilinmiyor ve aranması yinelenen bir süreç olacak. Deskew işlemi kolayca tekrar tekrar çalıştırılabilir ve hesaplanan hizalama dalga formu ile ölçülen V_DS dalga formu aynı şekle sahip olana kadar L_eff 'te ayarlamalar yapılabilir. Modellenen V_DS hizalama dalga formu ile ölçülen V_DS dalga formunun şekillerinde farklılıklar varsa parametreler ayarlanabilir ve deskew yeniden çalıştırılabilir.

Parametreler sistemi doğru bir şekilde temsil ettiğinde, modellenen hizalama dalga formu aynı şekle sahip olacak ve sistem zaman kaymasını belirleyip düzeltebilecektir. Zaman kayması değeri, deskew ayarlarında görünür ve V_DS sinyalinin bağlı olduğu kanala otomatik olarak uygulanır.

Bu yeni süreç, zaman kaymasını doğru bir şekilde hesaba katıyor ve deskew süresini bir saat veya daha fazla süreden yalnızca 5 ila 10 dakikaya düşürüyor.