12-bit示波器助力SiC開關(guān)損耗分析

       近年來，全球氣候變暖加速推動(dòng)脫碳社會(huì)轉(zhuǎn)型，太陽能發(fā)電因其資源的無限性、安裝靈活性及光電轉(zhuǎn)換效率持續(xù)提升等優(yōu)勢，成為可再生能源的核心發(fā)展領(lǐng)域。

       在太陽能發(fā)電系統(tǒng)中電力調(diào)整器通過DC-DC轉(zhuǎn)換對輸入的直流電進(jìn)行升壓穩(wěn)壓處理，再經(jīng)逆變電路轉(zhuǎn)換為交流電輸出。高速開關(guān)固然是實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但其損耗卻會(huì)直接影響系統(tǒng)的整體效率，而傳統(tǒng)測量方法更是為測量雪上加霜：極其依賴示波器捕捉電壓電流波形，需依靠人工光標(biāo)定位與手動(dòng)計(jì)算評估損耗，久而久之耗時(shí)耗力、主觀誤差等局限性過于顯著。

       隨著SiC等下一代功率器件的出現(xiàn)，通過提高太陽能發(fā)電的輸出電壓來提高效率已成為當(dāng)前趨勢，而電力調(diào)整器內(nèi)部處理的電壓也會(huì)增加。因此工程師們對測量設(shè)備的要求也日益增高——示波器需不斷擴(kuò)展電壓量程以適應(yīng)高電壓環(huán)境——相應(yīng)地測量分辨率卻會(huì)隨之降低。這不僅會(huì)導(dǎo)致開關(guān)損耗難以精準(zhǔn)量化，也讓捕捉新型器件在快速開關(guān)中的急劇浪涌與振鈴困難重重，從而成為制約新一代高效電力調(diào)整器研發(fā)的瓶頸。

       面對挑戰(zhàn)，橫河DLM3000HD/DLM5000HD示波器以革新性能精準(zhǔn)破局，結(jié)合設(shè)備亮點(diǎn)為工程師量身打造了以下“全鏈路高效實(shí)驗(yàn)方案"，讓測試?yán)Ь秤卸猓?/span>

一、測試前準(zhǔn)備：校準(zhǔn)先行，無差別啟航

    測試開始前，這幾個(gè)步驟少不了！

1. 用戶需首先將示波器充分預(yù)熱30分鐘以上。

2. 執(zhí)行校準(zhǔn)。

3. 將電壓探頭調(diào)零。

4. 將電流探頭調(diào)零和消磁。

5. 將電壓和電流探頭的傳輸時(shí)間差進(jìn)行延遲校正。

    若各探頭的傳輸延遲已有固定規(guī)格，則可直接使用；若用戶對延遲時(shí)間不明，則可使用延遲校正調(diào)整信號源701936，執(zhí)行自動(dòng)延遲校正以確保該數(shù)值的準(zhǔn)確性，這樣既簡單又可靠。 

    接下來，我們將結(jié)合具體波形與操作案例為您解析典型功能的設(shè)置方式。

二、開關(guān)損耗測量：多屏縮放細(xì)節(jié)一目了然

       功率器件的開關(guān)損耗一般是將開通/關(guān)斷區(qū)的開關(guān)損耗和導(dǎo)通區(qū)的導(dǎo)通損耗相加而得，其原理如圖1所示。

圖1 開關(guān)損耗概要

       以圖2所示的測量波形為例，當(dāng)工程師使用DLM系列產(chǎn)品測量開關(guān)損耗時(shí)，可將T1-T5的一個(gè)周期視作對象，結(jié)合使用以下公式得出各區(qū)間的功率損耗。其中RDS(on)表示MOSFET的導(dǎo)通電阻、VCE(sat)表示IGBT的飽和電壓，此外用戶還需將關(guān)斷區(qū)（T4-T5）的損耗視為零。

圖2 測量區(qū)和基準(zhǔn)電平

    在計(jì)算過程中，需要對這3個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置：

在測量①時(shí)采用設(shè)備數(shù)據(jù)表中的記載值，而在測量②、③時(shí)所用數(shù)值則必須由測量人員酌情確定。

同時(shí)為了使測量標(biāo)準(zhǔn)化，用戶需確立一些準(zhǔn)則，例如設(shè)置波形High-Low的x%。

損耗的計(jì)算結(jié)果可用功率[W]和電能[J或Wh]表示，并以開通損耗、導(dǎo)通損耗、關(guān)斷損耗以及包含前3種類型的綜合損耗，共計(jì)四種類型導(dǎo)出。

測量實(shí)例

接下來我們不妨以圖3的SiC開關(guān)損耗測試情況為例展開進(jìn)一步分析。

用戶可通過限制測量范圍，對多個(gè)周期中的任意單周期進(jìn)行損耗計(jì)算，同時(shí)在DLM系列波形設(shè)備的顯示屏中用戶還可開啟多屏作戰(zhàn)，同時(shí)縮放任意兩個(gè)位置，以此實(shí)時(shí)放大開通部分和關(guān)斷部分，實(shí)時(shí)確認(rèn)浪涌和振鈴的狀態(tài)，可謂十分便捷。

三、多周期統(tǒng)計(jì)損耗測量：一鍵生成多維報(bào)告