高功率模块具备半导体功率器件的特性测试功能,主要通过PCI总线与主控机进行通信,实现对半导体功率器件的电激励功能和电测量功能。相
关参数和指标下:
最大驱动电压:±200V
最大驱动电流:±1A
最小驱动电压:±2V
最小驱动电流:±1nA
电压测量分辨率:2uV
电流测量分辨率:10fA
最大功率:20W
由于高功率模块对测试电压和测试电流的分辨率要求很高,经过理论计算最低需要18位AD。经过了大量的理论研究和分析,并综合考虑系统噪声、AD的低端数据丢失等因素的影响,最终选择了待测件的I-V曲线,用户可以根据I-V曲线了解待测件的相关电气特性。在进行半导体功率器件参数测试过程中,必须保证程控恒压源、恒流源的高度稳定性。为此,高功率模块采用了双控制环路的方法,使用FPGA[3]控制,实现恒压源或恒流源的稳定输出。当采用恒压源作为半导体功率器件激励源时,恒流负反馈控制环路处于关闭状态,利用恒压负反馈控制环路实现恒压控制;相反,当采用恒流源作为半导体功率器件激励源时,恒压负反馈控制环路处于关闭状态,利用恒流负反馈控制环路实现恒流控制。其具体原理框图如图2所示。
全范围大动态控制调整及斜坡补偿技术:
高功率模块开关电源根据输出电压和负载变化,通过反馈闭环回路[4]调整开关管的工作占空比实现稳压输出,反馈闭环回路是否稳定决定了高压电源输出电压的稳定度和工作的可靠性。为使分析方便,将高压电源反馈电路等效成图3。Buck电流馈电全桥变换器中的全桥转换电路和高压变压器并未承担脉宽调制的功能,可视为一增益固定的直流变压器。反馈回路内有电压回路和电流回路两个控制回路,其中PWM控制策略采用平均电流模式,它引入了高增益的电流误差放大器,使电流环的增益带宽特性能够由补偿网络修正为最佳特性,所以具有很高的抗干扰能力,并且斜坡补偿容易实现,在连续状态和非连续状态均能正常工作。
图3
当没有斜坡补偿时,占空比在较大与较小时的平均电流有明显的误差值,如图4所示,若加上斜坡补偿,设定锯齿波补偿斜率(-m)刚好略小于电感电流下降斜率(m2)的50%,即-m<0.5m2,如图5,经过斜坡补偿后,电感电流波形的平均值已相同。
图4无斜坡补偿时的电感斜率波形
图5有斜坡补偿时的电感斜率波形
平均电流模式的实现如图3所示,具有次级电压反馈与初级电流反馈两个反馈环路,两个环路有相同的交越频率和负载相应特性[5]。图中将电感电流经过电流互感器转换为电压信号(Vrs)。该信号与电压反馈环路误差信号分别送入电流误差放大器(CA),得到电流误差信号电压(VCA)。此信号再与锯齿波VS相比较,产生PWM信号来控制降压转换器开关。这种方式可以使电流反馈的误差信号较快于电压反馈误差信号,避免传统峰值电流控制低频增益太小的缺点。工作占空比(D)在50%~90%之间,使电感电流具有充分时间储能放能,并在1/2f频率时确保回路增益小于1,避免次谐波振荡不稳定。
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