測(cè)量一個(gè)同步降壓轉(zhuǎn)換器中的反向恢復(fù)不太容易。電流探頭太大，并且會(huì)大幅增加功率級(jí)環(huán)路中的電感。而且電流探頭的帶寬也不夠。

使用一個(gè)分流電阻器怎么樣？這聽(tīng)起來(lái)是可行的，不過(guò)你需要確保這個(gè)器件不會(huì)引入過(guò)大的環(huán)路電感。我找到了幾個(gè)電阻值在10mΩ，并且具有“低電感”的電阻器。

我很想把這個(gè)器件放在同步FET的源極上，不過(guò)會(huì)有兩個(gè)問(wèn)題：

分流電阻器上會(huì)出現(xiàn)柵極驅(qū)動(dòng)電流，以及恢復(fù)和負(fù)載電流。

這個(gè)分流電阻器將增加電感，會(huì)由于高di/dt電流而影響到下橋柵極驅(qū)動(dòng)。

其中一個(gè)解決方案就是將分流電阻器放在上橋MOSFET的漏極內(nèi)，這樣的話，分流電阻器就不會(huì)影響到柵極驅(qū)動(dòng)了。Vishay VCS1625/Y08500R01000F9R就具有這樣的功能—它內(nèi)置有開(kāi)爾文連接，并且具有能夠減少電感的結(jié)構(gòu)。請(qǐng)見(jiàn)圖1。

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圖1：分流電阻器（Vishay公司生產(chǎn)）

硅MOSFET恢復(fù)測(cè)量

為了用一個(gè)硅MOSFET橋獲得基線Qrr測(cè)量值，我掏出一把切割刀，在TPS40170EVM-597上為分流電阻器辟出了一個(gè)安全島，并將這個(gè)分流電阻器放置其中。我使用的是一條50Ω SMA至BNC電纜，將信號(hào)傳送到這個(gè)示波器（與50Ω的電阻值端接）。我串聯(lián)了一個(gè)50Ω的電阻器，這樣的話，我得到一半的信號(hào)值，不過(guò)沒(méi)有振鈴。注意在同時(shí)使用不同類型的探頭時(shí)要進(jìn)行失真調(diào)節(jié)！

需要注意的一點(diǎn)是，當(dāng)分流電阻器位于頂端時(shí)，這個(gè)示波器被接地至正輸入電壓軌。這意味著電源正輸出被接地（負(fù)電源接至降壓轉(zhuǎn)換器），任何其它測(cè)試設(shè)備，比如說(shuō)負(fù)載測(cè)試器，一定不能使流經(jīng)示波器連線的電源短路。圖2顯示的是經(jīng)修改的評(píng)估模塊 (EVM) 電路原理圖。

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圖2：用于反向恢復(fù)測(cè)量的經(jīng)修改的硅橋

圖3顯示了插入分流電阻器后的TPS40170 EVM。

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圖3：EVM探測(cè)技術(shù)

圖4顯示的是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)，以及300kHz, 24VIN, 5VOUT 和4AOUT 時(shí)的分流波形。

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圖4：硅橋開(kāi)關(guān)波形

在圖4中，黃色是軟件節(jié)點(diǎn)，而紫色表示的是頂部FET漏極電流。電流平均值的“三角”波形與4A負(fù)載完美匹配 -> 20mV = 4A。

在圖5中，針對(duì)TPS40170/硅MOSFET的高亮反向恢復(fù)電荷用紅色顯示（使用的是CSD185363A）。峰值恢復(fù)電流為18A左右 (90mV)，據(jù)我估算，對(duì)于24V*300KHz*100nC = <720mW的損耗，Qrr大約小于100nC。需要注意的是，這個(gè)電流在“紅色區(qū)域”內(nèi)的部分在開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)上升時(shí)流入負(fù)載，所以估算值也許會(huì)比Qrr高一點(diǎn)。

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圖5：硅橋反向恢復(fù)

想象一下這種情況！每3.3μs從輸入電源汲取一個(gè)18A、12ns寬的電流脈沖。高di/dt將導(dǎo)致所有功率級(jí)中的環(huán)路電感產(chǎn)生出電壓，并且有可能造成運(yùn)行問(wèn)題。幸運(yùn)的是，TPS40170EVM-597具有一個(gè)可以緩解這些問(wèn)題的極佳布局布線—實(shí)際上，這些問(wèn)題并不會(huì)一直出現(xiàn)。

進(jìn)入GaN—恢復(fù)在哪？

我使用了同樣的技術(shù)來(lái)測(cè)量LMG5200 GaN（氮化鎵）EVM。我首先當(dāng)LMG5200EVM在負(fù)載為4A，將24V驅(qū)動(dòng)為5V時(shí)，抓取了一個(gè)LMG5200EVM開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓的參考示波器波形圖。我使用的是一臺(tái)安捷倫33220A，在300kHz時(shí)，將一個(gè)固定的21%左右的占空比驅(qū)動(dòng)至LMG5200 PWM輸入。請(qǐng)見(jiàn)圖6—通道1顯示的是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)波形。

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圖6：LMG5200 GaN開(kāi)關(guān)波形

我將高/低驅(qū)動(dòng)信號(hào)包括在內(nèi)，作為參考（通道3&4）。這個(gè)“體二極管”傳導(dǎo)比MOSFET的體二極管有更高的壓降—我在這段時(shí)間看到的壓降是2.5V左右，而不是大約0.6V。我抓取了這幅示波器波形圖的原因在于，我將要在輸入環(huán)路中增加一個(gè)會(huì)導(dǎo)致更多振鈴的電阻器/電感。

圖7顯示的是在我將分流電阻器添加到上橋GaN器件的漏極后的變化。

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圖7：GaN開(kāi)關(guān)波形探測(cè)技術(shù)

需要注意的是，我必須用一個(gè)電平位移電路（簡(jiǎn)單的PNP和電阻器）來(lái)將300kHz 21%占空函數(shù)發(fā)生器信號(hào)從“接地”（現(xiàn)在為24V電源的正值側(cè)）電平位移至-24V上的PWM輸入。如果不這么做的話，當(dāng)把示波器感測(cè)放置在正電壓軌上時(shí)，我將會(huì)遇到一個(gè)接地競(jìng)爭(zhēng)（或者被稱為保險(xiǎn)絲熔斷）。圖8顯示的是開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)（黃色）和最高GaN電流（紫色）。

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圖8：分流電阻器被插入時(shí)的LMG5200 GaN開(kāi)關(guān)波形

通過(guò)放大圖9，可以看出恢復(fù)電流已經(jīng)消失（紅色區(qū)域沒(méi)有了）。由于感測(cè)電阻器增加的電感，還有一點(diǎn)點(diǎn)額外的振鈴，不過(guò)沒(méi)有恢復(fù)損耗或相關(guān)問(wèn)題。你會(huì)發(fā)現(xiàn)開(kāi)關(guān)和開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)電容損耗依舊存在，但是GaN上不會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)致基于硅MOSFET的轉(zhuǎn)換器問(wèn)題的反向恢復(fù)—這真讓人松了一口氣！

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圖9：GaN Qrr測(cè)量值

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