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IGBT导通延迟时间的精确测量方法

发表时间:2018-02-01 14:02

关键词:IGBT器件 导通特性 控制芯片

来源:电子发烧友

1、 IGBT导通延迟时间测量的原理

  IGBT导通延迟时间的精确测量,是通过测量IG-BT的控制信号、驱动信号和导通电流信号间的时间间隔得到的,流程图见图3。通过信号处理隔离电路将控制信号、驱动信号和导通电流信号输入时间测量芯片TDC-GP2。其中,IGBT的控制信号作为时间测量芯片TDC-GP2的START端口输入,驱动信号和IGBT的导通电流信号作为STOP1和STOP2端的两个脉冲输入。由此可得START与STOP1端口的时间间隔为控制信号与驱动信号的延迟时间;START与STOP2端口的时间间隔为控制信号与IGBT导通信号的延迟时间,两者的时间差即为IGBT相对于驱动信号的导通延迟时间。

流程图

 2、IGBT延迟导通时间测量系统设计

  2.1 测量系统硬件设计

  系统主要由脉冲信号取样器、脉冲输入信号整形电路、TDC-GP2测量电路、AT89S52单片机、液晶显示电路、电源电路、时钟电路组成。TDC-GP2的每个测量通道都提供一个使能引脚,可独立地设置这两个引脚进行通道选择。TDC-GP2需要一个2~8 MHz的高速时钟进行校准用。TDC-GP2只是在进行时间测量时才必须用振荡器,且能够自动控制振荡器的开启时间。

  整个系统的硬件电路连接如图4所示。

整个系统的硬件电路连接

  整个系统分为单片机系统模块、TDC-GP2测量模块和显示模块三部分。TDC-GP2作为系统测量核心单元,可直接对信号时间间隔进行测量,并通过单片机处理后将时间间隔数值在液晶显示器上显示。与常用的测量方法相比,该方法所需外围器件少,电路结构简单,功耗低。

 2.2 测量系统软件设计

  测量单元由START信号触发,接收到STOP信号后停止。由环形振荡器的位置和粗值计数器的计数值可以计算出START信号和STOP信号之间的时间间隔,测量范围可达20位。在3.3 V和25℃时,GP2的最小分辨率是65 ps,RMS噪音约是50 ps(0.7 LSB)。温度和电压对门电路的传播延迟时间有很大的影响,通常通过校准来补偿由温度和电压变化引起的误差。在校准过程中,TDC测量一个和两个校准时钟周期的时序如图5所示,其测量范围受计数器大小的限制:

tyy=BIN×26 224△1.8μs。


TDC测量一个和两个校准时钟周期的时序

  初始化之后,TDC-GP2高速测量单元接收到START脉冲后开始工作,达到设置的采样数或者遇到测量溢出后才停止工作。软件设计的重点在于根据需要设置TDC-GP2的工作模式和读取其内部的测量数据。在测量结尾,ALU开始依照HIT1和HIT2的设置处理数据并把结果送入输出寄存器。如果不进行校准,ALU传输16位原始数据到输出寄存器;如果进行校准,则ALU传输32位的固定浮点数到输出寄存器。然后通过单片机AT89S52处理后,在液晶显示器读取时间间隔数据,其测量流程如图6所示。

测量流程

  3、 结 语

  该系统充分利用TDC-GP2的优良特性,通过其高精度时间间隔测量功能实现了。IGBT导通延迟时间间隔的测量。该系统测量范围为2.0 ns~1.8 μs,其主要性能指标能满足测量IGBT导通延迟时间的要求,具有一定的实用价值。由于IGBT导通的电流信号是纳秒量级的高频信号,因此在后续电路设计中,将进一步提高系统的抗干扰能力,以满足测量导通延时时间间隔的需要。另外,单片机的工作频率较低,为了进一步提高该系统的工作速度,甚至增加更多的附加功能,可以考虑用工作频率更高的控制芯片作为系统的控制核心;同时也可以通过使用更高精度的时间间隔测量芯片来提高测量精度。

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