PEM罗氏线圈在双脉冲测试中扮演着至关重要且不可替代的角色,它是实现测试核心目的——精确测量功率半导体器件(如IGBT、MOSFET)开关瞬态电流——的关键测量工具。
其作用具体体现在以下几个方面:
1. 核心作用:精确测量高速、大变化的瞬态电流
这是罗氏线圈最根本的价值。双脉冲测试的核心是观测器件的开关过程,这个过程中的电流变化(di/dt)极快,可达每微秒数千安培。
高带宽:PEM罗氏线圈的带宽通常高达数MHz甚至数十MHz,能够无失真地捕捉纳秒到微秒级的快速电流变化,这是传统电流互感器或大多数霍尔传感器无法比拟的。
测量关键参数:
开通电流波形:测量第一个脉冲结束时的电流上升过程,计算开通损耗和 di/dt。
关断电流波形:测量第二个脉冲结束时的电流下降拖尾过程,计算关断损耗。
反向恢复电流:在第一个脉冲结束后的续流阶段,测量续流二极管的反向恢复电流峰值和波形。
2. 避免磁饱和,保证测量线性度
双脉冲测试中的电流是从零到峰值,再回到零的直流偏置脉冲。传统铁芯电流互感器会因此饱和而完全失效。
无磁芯设计:罗氏线圈采用空气芯或非磁性材料芯,理论上没有饱和问题,能够线性地测量包含大幅值直流分量的脉冲电流,这是其用于此测试的决定性优势。
3. 实现非接触式测量,对被测系统影响极小
电气隔离:线圈与被测电流导体之间是磁耦合,具有天然的电气隔离,安全性高,且不会干扰被测主电路的电位。
低插入阻抗:只需将载流导线穿过线圈中心,几乎不改变主电路的结构和寄生参数。在高速开关电路中,任何额外的串联阻抗(如采样电阻的寄生电感)都可能严重改变开关波形,导致测量失真。罗氏线圈的“无感”特性至关重要。
4. 提供高保真的实时电流信号
其输出为电压信号(Vout = M * di/dt,M为互感系数),通过一个积分器电路还原为与原始电流成比例的电压波形。
高di/dt承受能力:能够准确响应极高的电流变化率,这是评估器件开关性能和驱动电路设计的关键。
为计算提供输入:这个精确的电流波形与电压探头测量的器件电压波形同步输入示波器,是后续计算开关能量损耗(Eon, Eoff) 的直接依据。
在双脉冲测试各阶段的具体应用:
第一个脉冲期间:测量电流上升至测试电流值的过程,评估开通特性。
第一个脉冲结束(关断):测量电流下降波形,此时主要关注电感续流路径的建立。
续流阶段:精确捕捉续流二极管的反向恢复电流峰值和振荡,这是评估二极管特性及电路寄生参数影响的关键。
第二个脉冲期间:在器件已承载预设电流的条件下,测量其关断过程,得到最真实的关断电流拖尾、电压尖峰和振荡波形,用于计算关断损耗和评估关断安全性。
与替代方案的对比(突出其必要性):
采样电阻(Shunt Resistor):会引入寄生电感,影响高速开关回路,且大电流下功耗和发热严重。适合低频或小电流校准,但在高压大电流双脉冲测试中不是最佳选择。
霍尔效应电流传感器:带宽通常较低(优良的型号可达1MHz左右),且有响应延迟,在捕捉纳秒级瞬态时可能失真。同时,可能对外部磁场敏感。
总结来说,PEM罗氏线圈在双脉冲测试中的作用是:作为一个高带宽、无饱和、低侵入式的“高速电流摄像机”,精准捕获功率半导体器件在极端开关瞬态下的真实电流行为,为评估器件性能、验证驱动设计、计算开关损耗和优化电路布局提供最核心、最可靠的实验数据。它是成功进行双脉冲测试的基石工具之一。


客服1