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功率半导体器件测试用脉冲电流源的设计与实现功率半导体器件测试用脉冲电流源的设计与实现随着大功率设备在工业控制领域持续发展，功率半导体器件的功率水平也随之不断提高，从而给生产和测试带来诸多挑战。
本文对国内外脉冲功率技术进行深入研究，通过电磁暂态分析软件对理论模型进行仿真以确定脉冲电流源内部网络分布参数，详细描述脉冲电流源软硬件设计与实现方法，最后对其输出特性进行验证。
目前，该脉冲电流源在IGBT大功率半导体器件测试中取得较好的效果。
【关键词】功率半导体器件脉冲电流源性能验证1 引言随着功率半导体器件的发展，绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT）因具有输入阻抗高、开关损耗小、通断速度快、控制电路简单等特点，正在逐步替代如MOSFET、SCR、双极型达林顿管等功率器件，广泛应用在可逆变电路、伺服控制系统、交流电机控制、不间断电源、斩波电源等工业生产中，其性能是否优良直接关系着工程的品质和成败。
功率半导体器件相关参数的测试问题已经成为功率半导体器件生产商、装备制造单位和计量校准部门非常关注的问题。
在功率半导体器件实际测试过程中，当测试设备需要对进行显示。
当人为操作不当使被测器件断路时，监测控制单元启动放电保护单元，停止高压充电单元供电，待人为排除断路情况后，监测控制单元关闭放电保护单元，准备对LC 充放电网络进行充电。
3 系统设计与实现3.1 理论模型仿真常见的脉冲电流发生有两种实现形式，即传输线型和电容充放电型。
该系统选用电容充放电型来设计脉冲电流源的LC充放电网络，其理论模型如图2所示。
其理论模型特征数据如以下公式所示。
若期待设计的脉冲电流源最大电流幅值为3000A，波形持续50us，上升及下降时间不超过15us。
为了得到平滑的脉冲波形，设置n=12，将负载阻抗R=1?代入公式（5），得LC网络总电容CΣ=27.27uF，平均每链电容为2.27uF；想要得到3000A的脉冲电流幅值，根据公式（7）可以计算出外部需要施加的充电电压U=6000V；由公式（6）得到链路总电感 LΣ=27.27uH。
在一些特殊应用场合，需要一种低电压大电流的电源，有时也需要电源频率、脉宽均可调整的脉冲电源。
本文以ATmega16 为系统控制核心，结合RT8105 所组成的DC/DC 电源电路实现，最终实现了频率、脉宽可调低电压大电流的脉冲电源。
1.系统组成系统组成框图如图1 所示。
图1 系统组成框图系统首先由RT8105 构成的DC-DC 电源电路产生稳定的2V 电压，该电压经过一个开关管连接至负载，通过ATmega16 单片机输出的脉冲波形配合相应的驱动电路控制该开关管的导通和关断，从而在负载上形成与该脉冲波形同频率、同脉宽的脉冲电流。
此外，系统中加入了键盘、LED 和串口。
键盘用于设置脉冲电源的频率和占空比，LED 用于显示当前脉冲电源的占空比，便于用户观察。
串口用于与PC 机进行连接，用户可通过相应的上位机软件进行设置，该系统工作安全、稳定，操作方便。
2、系统实现2.1. DC/DC变换电路DC/DC 变换电路作为系统中最重要的一部分，其输出电压的稳定直接影响脉冲电源的性能。
使用RT8105 可以直接驱动两路VMOS 开关管IRF640，电路结构简单。
具体电路如图3 所示。
图3 DC/DC变换电路原理图图中，系统供电电压为+12V，T8105 输出两路反相PWM 波驱动Q2 和Q4，经储能电感L1 和电容滤波，产生直流电压再由FB 引脚反馈回RT8105 进而调整输出PWM 波的占空比，形成硬件闭环电路，从而使输出电压稳定到2V。
电路输出电压计算公式为：Vout=Vref×（1+R6/R4），其中Vref 为RT8105 芯片内部的基准电压，Vref=0.8V±2%，当R6=13K，R4=8K 时输出压电压达到2.1V。
2.2. 脉冲产生电路脉冲产生电路由MCU 输出波形控制开关管的通断来实现。
由于VMOS 导通时所需VGS 电压必须大于4V，而MCU 输出电压仅5V，需要电路中加入一级放大电路，该放大电路由9012 和9013 两只三极管实现，脉冲产生电路如图4 所示。
高性能大电流脉冲电源的设计与实现曹海源胡婷婷韦尚方万强孙斌卢常勇（武汉军械士官学校光电技术研究所，湖北武汉 430075）摘要 本文针对高功率脉冲DPSSL对激光电源的要求，综合运用了ARM7单片机控制技术、串联VICOR模块可调稳压源、IGBT功率器件及各种保护电路，设计并实现了小型、高效的半导体泵浦激光器驱动电源，具有电压调节范围宽、峰值电流高、控制精度高、良好的稳定性和高低温环境适应性等特点。
测试表明：电源整机运行稳定可靠，达到了很高的技术指标要求，可广泛应用于军用激光测距、激光雷达、激光对抗等领域。
关键词 驱动电源；ARM7；电流脉冲；IGBT；VICOR模块中图分类号 TN248.4 文献标识码 BDesign and Realization of High Performance and Strong Current Pulse Power Supply Cao,Hai-yuan Hu,Ting-ting Wei,Shang-fang Wan,Qiang Sun,Bin Lu,Chang-yong(Opto-electronics Facility, Wuhan Ordnance Noncommissioned Officers School,Wuhan, Hubei, 430075, P.R.China)Abstract: In this paper, according to the request of the high power pulse DPSSL, we design and implement a compact, high efficiency power supply for DPSSL, which combines the control technology of ARM7 MCU, tunable voltage stabilizer using VICOR modules in series structure, IGBT power components, closed loop adjusting circuit, and various protective measures. It is specified as wide tuning range of the voltage, high peak current, high control precision, high stability, high adaptability to the high-low temperature, and so on. Test and measurement results show that our power supply operates steadily and reliably, and well meets the request of the performance index in the project. It can be widely applied in military laser rangefinder, Lidar, laser counterwork, and so on.Keywords: power supply; ARM7; current pulse; IGBT;VICOR module1 引言DPSSL（Diode Pumped Solid-State Laser）出现于八十年代末，与传统的灯泵固体激光器相比，它具有效率高、寿命长、结构紧凑、稳定性高等特点，广泛应用于军事、航空航天等领域中。
电路测试与测量电路测试与测量的基本原理和方法电路测试与测量的基本原理和方法电路测试和测量是电子工程领域中非常重要的一环，对电路的功能和性能进行评估和验证。
本文将介绍电路测试与测量的基本原理和方法。
一、电路测试与测量的概述电路测试和测量是指通过科学的手段和仪器设备，对电路中各种电参数进行准确测量和对电路功能进行全面测试的过程。
电路测试与测量的目的是为了验证电路的设计是否满足技术要求，并对电路性能进行评估、优化和改进。
二、电路测试的基本原理1. 测试信号生成与应用电路测试中常用的信号包括直流信号、交流信号和脉冲信号。
根据被测试电路的不同要求，选择合适的信号进行测试。
测试信号要满足测试目的和被测试电路的特点，以尽可能准确地获取电路的参数和性能。
2. 测量仪器的选择和使用电路测试中需要使用各种测量仪器，如示波器、信号发生器、频谱分析仪等。
根据被测试电路的特点和测试要求，选择合适的仪器进行测量，并正确操作仪器以获取准确的测量结果。
3. 测试接线的设计和布线测试接线的设计和布线对电路测试的准确性和可靠性有着重要影响。
要合理设计测试接线，避免干扰源的影响和重复接线的问题，确保测试结果的准确性。
三、电路测量的基本方法1. 电流测量电路中的电流是电路的重要参数之一，可以采用电流表或示波器等仪器进行测量。
在测量过程中，应注意选择合适的电流量程，并保证测量电路与仪器的连接正确可靠。
2. 电压测量电路中的电压也是电路的重要参数，可以采用万用表、示波器等仪器进行测量。
在测量过程中，应注意选择合适的电压量程，并注意保护仪器和被测电路的安全。
3. 频率测量对于频率相关的电路，如振荡器、滤波器等，可以使用频率计或频谱分析仪进行测量。
在测量过程中，应注意选择适当的测量范围，并减小干扰源对测试结果的影响。
4. 信号响应测量信号响应测量主要用于测试电路的时域和频域响应，如脉冲响应、阶跃响应等。
可以通过示波器或频谱分析仪对信号波形进行观测和分析，以获取电路的响应特性。
主题：RMS最大电流和峰值脉冲电流在电气工程中，我们经常会遇到RMS（均方根）最大电流和峰值脉冲电流这两个概念。
它们在电路设计、电源系统以及电气设备的选型和性能评估中起着至关重要的作用。
本文将深入探讨RMS最大电流和峰值脉冲电流的概念、计算方法以及在电气工程中的应用。
1. RMS最大电流的概念RMS最大电流是指在交流电路中，电流的均方根值达到的最大数值。
在正弦波形的交流电路中，电流的RMS最大值等于峰值电流乘以0.707。
RMS最大电流可以直观地反映交流电路中电流的平均功率值，是评估电路工作状态和设计电源系统的重要参数。
2. RMS最大电流的计算方法在交流电路中，电流波形可能是正弦波形、方波形或其他复杂波形。
在不同波形下计算RMS最大电流需要采用不同的方法。
在正弦波形下，RMS最大电流可以直接通过波形的峰值电流乘以0.707来计算。
而在方波形或其他复杂波形下，需要利用电流波形的周期、幅值等参数进行积分求平方根来计算RMS最大电流。
3. RMS最大电流在电路设计和电源系统中的应用在电路设计中，RMS最大电流是评估电路稳定性和工作状态的重要指标。
设计电源系统时需要根据负载的工作条件和电源的输出特性计算RMS最大电流，以保证电源系统的安全可靠工作。
RMS最大电流在电气设备的选型和性能评估中也起着重要作用，帮助工程师选择适合的电气设备以满足实际需要。
4. 峰值脉冲电流的概念峰值脉冲电流是指在电路中产生的短暂脉冲电流，其大小远远超过了正常工作状态下的电流值。
峰值脉冲电流往往在电路开关、脉冲电源、电磁设备等应用中出现，其特点是持续时间短、峰值高，对电路和设备的性能和稳定性产生重要影响。
5. 峰值脉冲电流的计算方法计算峰值脉冲电流需要考虑电路中的脉冲幅值、脉冲宽度、脉冲持续时间等参数。
在实际工程中，可以通过示波器、脉冲发生器等仪器对脉冲电路进行测试，得到精确的脉冲电流波形并进行分析计算。
6. 峰值脉冲电流在电路设计和应用中的重要性在电路设计中，峰值脉冲电流是评估电路的耐受能力和稳定性的重要指标。
通常，在功率MOSFET的数据表中的第一页，列出了连续漏极电流ID，脉冲漏极电流IDM，雪崩电流IAV的额定值，然后对于许多电子工程师来说，他们对于这些电流值的定义以及在实际的设计过程中，它们如何影响系统以及如何选取这些电流值，常常感到困惑不解，本文将系统的阐述这些问题,并说明了在实际的应用过程中如何考虑这些因素，最后给出了选取它们的原则。
连续漏极电流连续漏极电流在功率MOSFET的数据表中表示为ID。
对于功率MOSFET来说，通常连续漏极电流ID是一个计算值。
当器件的封装和芯片的大小一定时，如对于底部有裸露铜皮的封装DPAK，TO220，D2PAK，DFN5*6等，那么器件的结到裸露铜皮的热阻RθJC是一个确定值，根据硅片允许的最大工作结温TJ和裸露铜皮的温度TC，为常温25℃，就可以得到器件允许的最大的功耗PD：当功率MOSFET流过最大的连续漏极电流时，产生最大功耗为PD：因此，二式联立，可以得到最大的连续漏极电流ID的计算公式：(1)其中，RDS(ON)_TJ(max) 为在最大工作结温TJ下，功率MOSFET的导通电阻；通常，硅片允许的最大工作结温为150℃。
需要说明的是：上述的电流是基于最大结温的计算值；事实上，它还要受到封装的限制。
在数据表中，许多公司表示的是基于封装限制最大的连续漏极电流，而有些公司表示的是基于最大结温的电流，那么它通常会在数据表注释中进行说明，并示出基于封装限制的最大的连续漏极电流。
在公式（1）中，需要测量器件的热阻RθJC，对于数据表中的热阻都是在一定的条件下测试的，通常是将器件安装在一个1平方英寸2oz的铜皮的PCB上，对于底部有裸露铜皮的封装，等效热阻模型如图1所示。
如果没有裸露铜皮的封装，如SOT23，SO8等，图1中的RθJC通常要改变为RθJL，RθJL就是结到管脚的热阻，这个管脚是芯片内部与衬底相连的那个管脚。
图1 等效热阻模型功率MOSFET有一个反并联的寄生二极管，二极管相当于一个温度传感器，一定的温度对应着一定的二极管的压降，通常，二极管的压降和温度曲线需要进行校准。
