搜索: 高级
  注册会员 找回密码
设为首页
收藏本站
广告合作
加盟合作
联系我们
电源技术网
 首  页      资 讯      供 应     求  购     展会信息     招 聘      求 职      资料共享      器件手册     技术文章    会员中心    电源沙龙
  当前位置:首页>资讯>基础知识>文章内容

关于IGBT导通延迟时间的精确测量方法

作者:power   来源:网络   点击:    日期:2009-12-12    
0 引 言

  绝缘栅双极型晶体管(IGBT)是GTR和MOSFET的一种新型复合器件,自问世以来就以输入阻抗高,开关速度快,通态压降低,阻断电压高,承受电流大等优点成为当今功率半导体器件中的主流开关器件,并广泛应用于多领域的工程实践当中。目前,IGBT的导通延迟时间可以达到几百纳秒,甚至更低。但在某些对器件时间特性要求较高的工程应用中,需要更精确地确定IGBT的导通延迟时间。因而高精度的测量时间间隔是测量领域一直关注的问题。本文从精简结构,同时兼顾精度的角度出发,提出一种基于时间测量芯片TDC-GP2来精确测量IGBT导通延迟时间系统,用于测量IGBT的导通延迟时间,实现简单且成本低的一种较为理想的测量方案。

1 TDC-GP2的特性分析

  TDC-GP2是德国ACAM公司继TDC-GP1之后新推出的一款高精度时间间隔测量芯片。与前代芯片相比,具有更高的精度、更小的封装和更低的价格,更适合于低成本工业应用领域。TDC-GP2内部结构,如图1所示。



  该系统主要由脉冲产生器、数据处理单元、时间数字转换器、温度测量单元、时钟控制单元、配置寄存器以及与单片机相接的SPI接口组成。在实际应用中,由于TDC-GP2的功耗很低,使得TDC-GP2的输入/输出电压(工作电压)为1.8~5.5 V,核心电压为1.8~3.6 V,所以可以采用电池供电,使用方便。同时单片机由4线的SPI接口相连,可以把TDC-GP2作为单片机的一个外围设备来操作。通过内部ALU单元计算出时间间隔,并将结果送入结果寄存器保存起来。通过对TDC-GP2内部寄存器的设置,可以多次采样并将结果保存。TDC-GP2是基于内部的模拟电路测量“传输延时”来进行的,是以信号通过内部门电路的传播延迟来进行高精度时间间隔测量的。TDC-GP2时间间隔测量原理如图2所示。



  START信号与STOP信号之间的时间间隔由非门的个数决定,而非门的传输时间可以由集成电路工艺精确的确定。同时,由于门电路的传输时间受温度和电源电压的影响比较大,因而该芯片内部设计了锁相电路和标定电路。

  在时间测量芯片TDC-GP2的测量范围1中,两个STOP通道共用一个START通道。每个通道的典型分辨率为50 ps,每个STOP通道都可以进行4次采样。具有15 ns间隔脉冲对的分辨能力,测量范围为2.0~1.8μs,每个通道都可以选择上升沿或下降沿触发。ENABLE引脚提供强大的停止信号产生的功能,可测量任意两个信号之间的时间间隔。

  2 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。



  3  IGBT延迟导通时间测量系统设计

  3.1 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。

3.2 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。



  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。


 
4 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。■
上一页12 下一页
上一篇:超宽范围输入的开关电源电路设计   下一篇:如何识别与检测电容器?
[收藏] [推荐] [评论(0条)] [返回顶部] [打印本页] [关闭窗口]  
用户名: 新注册) 密码: 匿名评论
评论内容:(不能超过250字,需审核后才会公布,请自觉遵守互联网相关政策法规。
 §最新评论
  热点文章
·逆变电源原理图
·风量单位、风量换算表(图)
·使用UC3843 组成小功率开关电源(
·总等电位连接端子板
·锂离子电池的工作原理(图)
·什么是IEGT(电子注入增强栅晶体
·高频开关电源电路原理
·全转半砖等封装的尺寸
·空气开关和漏电保护器有什么不同
·如何计算UPS应考虑之散热量
·功率MOSFET基础知识
·人类照明发展史
·锂电池的组成
·什么是逆变器?
·启辉器工作原理
·楼层等电位接地端子板
·场效应管(mosfet)参数符号意义
·开关电源的工作原理和特点
  相关文章
·如何识别与检测电容器?
·关于IGBT导通延迟时间的精确测量
·超宽范围输入的开关电源电路设计
·什么是片式电容及其应用?
·智能高频开关电源在变电站直流系
·零电压开关全桥转换器设计降低元
·便携式串联电池组电压检测系统
·降低数据中心电源容量扩展的简单
·滤波、去耦、旁路电容的作用
·浅谈数字化变电站中的光电互感器
·高性能电源转换器设计中的同步整
·集成电路小简介
·电力问题的种类有那些
·什么是逆变器?
·什么是GSM无线控制LED广告屏
·精密电阻专栏
·应急照明的分类
·什么是LED数位管?

设为首页 | 加入收藏 | 广告合作 | 关于我们 | 联系我们 | 网站地图 | 友情链接 | 意见投诉 | 使用帮助
本站部分信息由企业自行提供,对于该信息内容的真实准确合法性,电源技术网对此不承担任何保证责任。
所有资料来自于网络,版权归作者所有,本站不保证正确性和完整性,只提供参考学习交流之用。
Copyright @ 2003-2009 电源技术网 Inc All Rights Reserved.Powered By power-bbs.com
粤ICP备06099648号 E-mail: