眾所周知,達(dá)索系統(tǒng)的CST軟件對于電磁兼容性仿真有著很好的精度和準(zhǔn)確度。那么CST軟件除了電磁兼容性仿真,SIPI仿真還能做哪些事呢?
都說技多不壓身,今天小編來介紹下使用CST軟件進(jìn)行雙脈沖3D電路仿真,對于功率開關(guān)器件雙脈沖試驗(yàn)是一個不得不做的測試試驗(yàn)。對于功率回路來說雜散電感越小越好,過大的雜散電感會導(dǎo)致Vds的電壓尖峰過大,從而危害MOS管,所以PCB layout完成后可以使用CST軟件仿真優(yōu)化雜散電感。
為了評估功率器件的動態(tài)參數(shù),通常采取的測量方法是雙脈沖測試。那什么是雙脈沖測試呢?顧名思義,是通過兩個脈沖,去控制器件的開關(guān)開關(guān),然后測試在開關(guān)過程中的一些參數(shù)指標(biāo)。
雙脈沖的意義
考量開關(guān)管在實(shí)際電路中的實(shí)際表現(xiàn),評估開關(guān)管固有參數(shù)是否滿足設(shè)計需求,如反向恢復(fù)電流,電壓關(guān)斷尖峰,開通關(guān)斷時間。
雙脈沖的目的
(1)對比不同的開關(guān)管的參數(shù),測量各項(xiàng)動態(tài)參數(shù)
(2)評估功率MOS驅(qū)動電阻的阻值是否合適
(3)功率MOS開關(guān)信號是否有不正常的震蕩,電壓尖峰是否超過耐壓裕值
(4)計算回路雜散電感
(5)評估二極管的反向恢復(fù)行為和安全裕量
雙脈沖的測試原理
雙脈沖測試通常以半橋形式測試,所謂雙脈沖就是上管持續(xù)關(guān)斷,下管驅(qū)動信號給定兩個脈沖從而測試下管的開關(guān)特性。如上圖所示,上管兩端并接一個電感,這里主要測試的就是下管的特性以及上管的反向二極管特性。
雙脈沖測試的電路如圖
雙脈沖測試的波形如下圖
(1)如圖3在t0時刻,門極放出第一個脈沖,開關(guān)管飽和導(dǎo)通,電感電流線性上升,電流公式如下,t1時刻電流值最大,由時間t1決定電流大小。第一階段如圖所示
(2)如圖4在t1時刻,被測開關(guān)管關(guān)斷,電感電流由上管二極管續(xù)流,電流波形如虛線所示,此電流一般不容易檢測。第二階段如圖所示
(2)如圖5在t2時刻,第二個脈沖的上升沿到達(dá),被測開關(guān)管再次導(dǎo)通,續(xù)流二極管進(jìn)入反向恢復(fù),反向恢復(fù)電流會穿過開關(guān)管,在電流探頭上能捕捉到這個電流。第三階段如圖所示
(3)如圖6在t3時刻,開關(guān)管關(guān)斷,此時電流較大由于母線雜散電感的存在,電壓會出現(xiàn)尖峰,第四個階段如圖所示
根據(jù)上面的分析,我們可以通過雙脈沖測試測得二極管的反向恢復(fù)時間,開關(guān)管的上升時間和下降時間等等。還能測得雜散電感兩端的電壓,通過下面公式計算出回路中的雜散電感。從而去優(yōu)化電路回路中的雜散電感。
Us雜散電感兩端的電壓
Ls雜散電感感值
di/dt母線電流的變化率
雙脈沖測試的仿真
言歸正傳,現(xiàn)在我們來看看雙脈沖測試如何仿真。
第一步:在CST軟件里面建立一個空心電感,最好跟實(shí)際模型一樣,感值在3uH左右,如圖
仿真得到感值如圖
第二步:CST軟件里面3D建模,把PCB導(dǎo)入,將上面的電感模型加在上管mos的兩端,如圖
第三步建立DS電路模型,上管MOS驅(qū)動信號置低,下管MOS給一個90kHz的雙脈沖驅(qū)動信號
我們先看一下實(shí)測雙脈沖波形,黃色通道為母線電流的波形
通過測試我們看第一個斜坡,最大電流158A,di等于158A,時間間隔11.5us左右,dt等于11.5us,綠色信號Vds下降沿的一個豁口電壓Us可以直接讀出來20V左右,這個就是雜散電感兩端的電壓,計算得到雜散電感為1.5uH。
再來看一下仿真的雙脈沖波形圖
dt = 11.77us di=154A Us = 21V
最后得出雜散電感為1.6uH
總結(jié)
(1)通過仿真和實(shí)測波形和數(shù)據(jù)對比,結(jié)果還是比較準(zhǔn)確
(2)通過雙脈沖仿真可以準(zhǔn)確評估開關(guān)管的性能,參數(shù),設(shè)計需求。
(3)在PCB gerber發(fā)給板廠之前我們可以通過仿真去優(yōu)化PCB的寄生參數(shù),從而達(dá)到高效,低成本,低風(fēng)險的進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計。
(內(nèi)容、圖片來源:CST軟件電磁兼容性仿真,侵刪)
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