在我的上一篇博文中，我介紹了體二極管反向恢復(fù)。今天，我們來看一看在一個真實電路中測量反向恢復(fù)的方法。
測量一個同步降壓轉(zhuǎn)換器中的反向恢復(fù)不太容易。電流探頭太大，并且會大幅增加功率級環(huán)路中的電感。而且電流探頭的帶寬也不夠。
使用一個分流電阻器怎么樣？這聽起來是可行的，不過你需要確保這個器件不會引入過大的環(huán)路電感。我找到了幾個電阻值在10mΩ，并且具有“低電感”的電阻器。
我很想把這個器件放在同步FET的源極上，不過會有兩個問題：
其中一個解決方案就是將分流電阻器放在上橋MOSFET的漏極內(nèi)，這樣的話，分流電阻器就不會影響到柵極驅(qū)動了。Vishay VCS1625/Y08500R01000F9R就具有這樣的功能—它內(nèi)置有開爾文連接，并且具有能夠減少電感的結(jié)構(gòu)。請見圖1。
圖1：分流電阻器（Vishay公司生產(chǎn)）
硅MOSFET恢復(fù)測量
為了用一個硅MOSFET橋獲得基線Qrr測量值，我掏出一把切割刀，在TPS40170EVM-597上為分流電阻器辟出了一個安全島，并將這個分流電阻器放置其中。我使用的是一條50Ω SMA至BNC電纜，將信號傳送到這個示波器（與50Ω的電阻值端接）。我串聯(lián)了一個50Ω的電阻器，這樣的話，我得到一半的信號值，不過沒有振鈴。注意在同時使用不同類型的探頭時要進行失真調(diào)節(jié)！
需要注意的一點是，當(dāng)分流電阻器位于頂端時，這個示波器被接地至正輸入電壓軌。這意味著電源正輸出被接地（負(fù)電源接至降壓轉(zhuǎn)換器），任何其它測試設(shè)備，比如說負(fù)載測試器，一定不能使流經(jīng)示波器連線的電源短路。圖2顯示的是經(jīng)修改的評估模塊 (EVM) 電路原理圖。
圖2：用于反向恢復(fù)測量的經(jīng)修改的硅橋
圖3顯示了插入分流電阻器后的TPS40170 EVM。
圖3：EVM探測技術(shù)
圖4顯示的是開關(guān)節(jié)點，以及300kHz, 24VIN, 5VOUT 和4AOUT 時的分流波形。
圖4：硅橋開關(guān)波形
在圖4中，黃色是軟件節(jié)點，而紫色表示的是頂部FET漏極電流。電流平均值的“三角”波形與4A負(fù)載完美匹配 -> 20mV = 4A。
在圖5中，針對TPS40170/硅MOSFET的高亮反向恢復(fù)電荷用紅色顯示（使用的是CSD185363A）。峰值恢復(fù)電流為18A左右 (90mV)，據(jù)我估算，對于24V*300KHz*100nC =<720mW的損耗，Qrr大約小于100nC。需要注意的是，這個電流在“紅色區(qū)域”內(nèi)的部分在開關(guān)節(jié)點上升時流入負(fù)載，所以估算值也許會比Qrr高一點。
圖5：硅橋反向恢復(fù)
想象一下這種情況！每3.3μs從輸入電源汲取一個18A、12ns寬的電流脈沖。高di/dt將導(dǎo)致所有功率級中的環(huán)路電感產(chǎn)生出電壓，并且有可能造成運行問題。幸運的是，TPS40170EVM-597具有一個可以緩解這些問題的極佳布局布線—實際上，這些問題并不會一直出現(xiàn)。
進入GaN—恢復(fù)在哪？
我使用了同樣的技術(shù)來測量LMG5200 GaN（氮化鎵）EVM。我首先當(dāng)LMG5200EVM在負(fù)載為4A，將24V驅(qū)動為5V時，抓取了一個LMG5200EVM開關(guān)節(jié)點電壓的參考示波器波形圖。我使用的是一臺安捷倫33220A，在300kHz時，將一個固定的21%左右的占空比驅(qū)動至LMG5200 PWM輸入。請見圖6—通道1顯示的是開關(guān)節(jié)點波形。
圖6：LMG5200 GaN開關(guān)波形
我將高/低驅(qū)動信號包括在內(nèi)，作為參考（通道3&4）。這個“體二極管”傳導(dǎo)比MOSFET的體二極管有更高的壓降—我在這段時間看到的壓降是2.5V左右，而不是大約0.6V。我抓取了這幅示波器波形圖的原因在于，我將要在輸入環(huán)路中增加一個會導(dǎo)致更多振鈴的電阻器/電感。
圖7顯示的是在我將分流電阻器添加到上橋GaN器件的漏極后的變化。
圖7：GaN開關(guān)波形探測技術(shù)
需要注意的是，我必須用一個電平位移電路（簡單的PNP和電阻器）來將300kHz 21%占空函數(shù)發(fā)生器信號從“接地”（現(xiàn)在為24V電源的正值側(cè)）電平位移至-24V上的PWM輸入。如果不這么做的話，當(dāng)把示波器感測放置在正電壓軌上時，我將會遇到一個接地競爭（或者被稱為保險絲熔斷）。圖8顯示的是開關(guān)節(jié)點（黃色）和最高GaN電流（紫色）。
圖8：分流電阻器被插入時的LMG5200 GaN開關(guān)波形
通過放大圖9，可以看出恢復(fù)電流已經(jīng)消失（紅色區(qū)域沒有了）。由于感測電阻器增加的電感，還有一點點額外的振鈴，不過沒有恢復(fù)損耗或相關(guān)問題。你會發(fā)現(xiàn)開關(guān)和開關(guān)節(jié)點電容損耗依舊存在，但是GaN上不會出現(xiàn)導(dǎo)致基于硅MOSFET的轉(zhuǎn)換器問題的反向恢復(fù)—這真讓人松了一口氣！
圖9：GaN Qrr測量值
其它資源：
原文鏈接：
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/01/07/gan-to-the-rescue-part-2
