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POWER 8 - giugno 2015
X
Power
di test con un generatore di corrente
costante per pilotare il gate. Si tratta
di un metodo innovativo che combi-
na un sofisticato circuito di pilotag-
gio del gate e che controlla accura-
tamente la corrente con sistemi di
generazione e lettura simultanea dei
segnali a bassa tensione e alta corren-
te, oppure ad alta tensione e bassa
corrente.
Questa combinazione unica consen-
te di ottenere una caratterizzazione
completa della carica di gate, del
tempo di commutazione e quindi il
calcolo delle rispettive perdite.
La tabella seguente mostra l’esempio
di caratterizzazione di un IGBT e di
un MOSFET a super giunzione misu-
randone i parametri Ron, Qd, Rg e
Crss.
Il MOSFET a super giunzione mostra
una minore perdita di commutazione
rispetto all’IGBT a frequenze supe-
riori a 20 kHz per misure eseguite in
condizioni simili.
Analisi dei dispostivi con lo strumento
B1506A di Keysight Technologies
Il Power Device Analyzer B1506A
rappresenta il primo strumento da
banco sul mercato con la capacità
di rappresentare le curve Qg fino a
1500A/3 kV e da 1 nC a 100 μC.
Oltre alla caratteristica I/V, l’analiz-
zatore B1506A può misurare i para-
metri parassiti dei dispositivi, come
Rg, Ciss, Crss, Coss, Cgs e Cds.
Di conseguenza, può validare un di-
spositivo di potenza da due diverse
prospettive. Inoltre, dalle curve Qg,
può calcolare i tempi di commutazio-
ne (td, tr, tf), le perdite di potenza
(di pilotaggio, commutazione e con-
duzione) e altri parametri. Infine,
permette di misurare le curve carat-
teristiche in funzione della tempera-
tura nel range -50 °C a +250 °C.
L’analizzatore B1506A di Keysight
Technologies può valutare tutti i pa-
rametri necessari alla progettazione
del circuito di potenza su di un este-
so intervallo di condizioni operative.
Tabella 2 – Intervallo di misura dei parametri della curva Qg
dello strumento B1506A
Parametro
misurato-controllato
Intervallo
Risoluzione minima
Qg
da 1 nC a 100 μC
10 pC
Vdd
da +/- 0 V a 3000 V
100 μV
Massima Id
da +/- 1 A a 1100 A
2mA
Ig
da +/- 1 nA a 1 A
10 pA
Vg
+/- 30V
40 μV
Tempo di accensione
50 μs – 950 μs
2 μs
Tensione di comando Vg
+/- 30 V
40 μV
Tabella 1 – Confronto tra IGBT e MOS in termini
di perdite di commutazione
Condizioni
VDS
480V
ID
20°
Vgs
da 0 a 10V
Frequenza di commutazione
10kHz / 20kHz
Duty Cycle Ton
10%
Resistenza serie al gate
27Ω
Tipo di dispositivo
IGBT
MOSFET a super giunzione
IRG4PC40WPBF
FMW20N60S1HF
Valori misurati
Qg
63 nC
42 nC
Qgd
36 nC
22 nC
Qsw (=Qgd1)
12.2 nC
10.0 nC
Rg
0.7 Ω
3.5 Ω
Vce_sat/ Rds_on @ 20A
1.95 V
183 mΩ
Valori calcolati
Td(on)
39 ns
15 ns
Tr
47 ns
28 ns
Tf
28 ns
36 ns
Td(off)
162 ns
170 ns
P(pilotaggio)
6.3 mW
4.2 mW
P(commutazione) con cariclo L
9.0 W /18.1 W
5.8 W /11.5 W
P(conduzione)
3.9 W
7.3 W