救世主Ga N来啦 第二部分：测量
在我的上一篇博文中，我介绍了体二极管反向恢复。今天，我们来看一看在一个真实电路中测量反向恢复的方法。
测量一个同步降压转换器中的反向恢复不太容易。电流探头太大，并且会大幅增加功率级环路中的电感。而且电流探头的带宽也不够。
使用一个分流电阻器怎么样？这听起来是可行的，不过你需要确保这个器件不会引入过大的环路电感。我找到了几个电阻值在10mω，并且具有“低电感”的电阻器。
我很想把这个器件放在同步fet的源极上，不过会有两个问题：
分流电阻器上会出现栅极驱动电流，以及恢复和负载电流。 这个分流电阻器将增加电感，会由于高di/dt电流而影响到下桥栅极驱动。 其中一个解决方案就是将分流电阻器放在上桥mosfet的漏极内，这样的话，分流电阻器就不会影响到栅极驱动了。vishay vcs1625/y08500r01000f9r就具有这样的功能—它内置有开尔文连接，并且具有能够减少电感的结构。请见图1。
图1：分流电阻器（vishay公司生产）
硅mosfet恢复测量
为了用一个硅mosfet桥获得基线qrr测量值，我掏出一把切割刀，在tps40170evm-597上为分流电阻器辟出了一个安全岛，并将这个分流电阻器放置其中。我使用的是一条50ω sma至bnc电缆，将信号传送到这个示波器（与50ω的电阻值端接）。我串联了一个50ω的电阻器，这样的话，我得到一半的信号值，不过没有振铃。注意在同时使用不同类型的探头时要进行失真调节！
需要注意的一点是，当分流电阻器位于顶端时，这个示波器被接地至正输入电压轨。这意味着电源正输出被接地（负电源接至降压转换器），任何其它测试设备，比如说负载测试器，一定不能使流经示波器连线的电源短路。图2显示的是经修改的评估模块 (evm) 电路原理图。
图2：用于反向恢复测量的经修改的硅桥
图3显示了插入分流电阻器后的tps40170 evm。
图3：evm探测技术
图4显示的是开关节点，以及300khz, 24vin, 5vout 和4aout 时的分流波形。
图4：硅桥开关波形
在图4中，黄色是软件节点，而紫色表示的是顶部fet漏极电流。电流平均值的“三角”波形与4a负载完美匹配 -> 20mv = 4a。
在图5中，针对tps40170/硅mosfet的高亮反向恢复电荷用红色显示（使用的是csd185363a）。峰值恢复电流为18a左右 (90mv)，据我估算，对于24v*300khz*100nc = <720mw的损耗，qrr大约小于100nc。需要注意的是，这个电流在“红色区域”内的部分在开关节点上升时流入负载，所以估算值也许会比qrr高一点。
图5：硅桥反向恢复
想象一下这种情况！每3.3µs从输入电源汲取一个18a、12ns宽的电流脉冲。高di/dt将导致所有功率级中的环路电感产生出电压，并且有可能造成运行问题。幸运的是，tps40170evm-597具有一个可以缓解这些问题的极佳布局布线—实际上，这些问题并不会一直出现。
进入gan—恢复在哪？
我使用了同样的技术来测量lmg5200 gan（氮化镓）evm。我首先当lmg5200evm在负载为4a，将24v驱动为5v时，抓取了一个lmg5200evm开关节点电压的参考示波器波形图。我使用的是一台安捷伦33220a，在300khz时，将一个固定的21%左右的占空比驱动至lmg5200 pwm输入。请见图6—通道1显示的是开关节点波形。
图6：lmg5200 gan开关波形
我将高/低驱动信号包括在内，作为参考（通道3&4）。这个“体二极管”传导比mosfet的体二极管有更高的压降—我在这段时间看到的压降是2.5v左右，而不是大约0.6v。我抓取了这幅示波器波形图的原因在于，我将要在输入环路中增加一个会导致更多振铃的电阻器/电感。
图7显示的是在我将分流电阻器添加到上桥gan器件的漏极后的变化。
图7：gan开关波形探测技术
需要注意的是，我必须用一个电平位移电路（简单的pnp和电阻器）来将300khz 21%占空函数发生器信号从“接地”（现在为24v电源的正值侧）电平位移至-24v上的pwm输入。如果不这么做的话，当把示波器感测放置在正电压轨上时，我将会遇到一个接地竞争（或者被称为保险丝熔断）。图8显示的是开关节点（黄色）和最高gan电流（紫色）。
图8：分流电阻器被插入时的lmg5200 gan开关波形
通过放大图9，可以看出恢复电流已经消失（红色区域没有了）。由于感测电阻器增加的电感，还有一点点额外的振铃，不过没有恢复损耗或相关问题。你会发现开关和开关节点电容损耗依旧存在，但是gan上不会出现导致基于硅mosfet的转换器问题的反向恢复—这真让人松了一口气！
图9：gan qrr测量值
其它资源：
了解lmg5200的用户友好界面 学习使用具有gan半桥功率级evm的lmg5200用户指南 探究更多的gan博客
原文链接：
https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2016/01/07/gan-to-the-rescue-part-2
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我很想把这个器件放在同步fet的源极上，不过会有两个问题：
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图1：分流电阻器（vishay公司生产）
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为了用一个硅mosfet桥获得基线qrr测量值，我掏出一把切割刀，在tps40170evm-597上为分流电阻器辟出了一个安全岛，并将这个分流电阻器放置其中。我使用的是一条50ω sma至bnc电缆，将信号传送到这个示波器（与50ω的电阻值端接）。我串联了一个50ω的电阻器，这样的话，我得到一半的信号值，不过没有振铃。注意在同时使用不同类型的探头时要进行失真调节！
需要注意的一点是，当分流电阻器位于顶端时，这个示波器被接地至正输入电压轨。这意味着电源正输出被接地（负电源接至降压转换器），任何其它测试设备，比如说负载测试器，一定不能使流经示波器连线的电源短路。图2显示的是经修改的评估模块 (evm) 电路原理图。
图2：用于反向恢复测量的经修改的硅桥
图3显示了插入分流电阻器后的tps40170 evm。
图3：evm探测技术
图4显示的是开关节点，以及300khz, 24vin, 5vout 和4aout 时的分流波形。
图4：硅桥开关波形
在图4中，黄色是软件节点，而紫色表示的是顶部fet漏极电流。电流平均值的“三角”波形与4a负载完美匹配 -> 20mv = 4a。
在图5中，针对tps40170/硅mosfet的高亮反向恢复电荷用红色显示（使用的是csd185363a）。峰值恢复电流为18a左右 (90mv)，据我估算，对于24v*300khz*100nc = <720mw的损耗，qrr大约小于100nc。需要注意的是，这个电流在“红色区域”内的部分在开关节点上升时流入负载，所以估算值也许会比qrr高一点。
图5：硅桥反向恢复
想象一下这种情况！每3.3µs从输入电源汲取一个18a、12ns宽的电流脉冲。高di/dt将导致所有功率级中的环路电感产生出电压，并且有可能造成运行问题。幸运的是，tps40170evm-597具有一个可以缓解这些问题的极佳布局布线—实际上，这些问题并不会一直出现。
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图6：lmg5200 gan开关波形
我将高/低驱动信号包括在内，作为参考（通道3&4）。这个“体二极管”传导比mosfet的体二极管有更高的压降—我在这段时间看到的压降是2.5v左右，而不是大约0.6v。我抓取了这幅示波器波形图的原因在于，我将要在输入环路中增加一个会导致更多振铃的电阻器/电感。
图7显示的是在我将分流电阻器添加到上桥gan器件的漏极后的变化。
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图8：分流电阻器被插入时的lmg5200 gan开关波形
通过放大图9，可以看出恢复电流已经消失（红色区域没有了）。由于感测电阻器增加的电感，还有一点点额外的振铃，不过没有恢复损耗或相关问题。你会发现开关和开关节点电容损耗依旧存在，但是gan上不会出现导致基于硅mosfet的转换器问题的反向恢复—这真让人松了一口气！
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