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直流电源

简要描述:EA-10000 系列直流电源和电子负载可为您的应用带来各种功能和效率提升。其中的有源功率因数校正功能,能够充分减少电网的能源浪费。双向再生供电系统能够回收能量并反馈给电网,效率高达 96% 以上。

  • 产品型号:EA 10000 系列
  • 厂商性质:代理商
  • 更新时间:2024-10-21
  • 访  问  量:119

详细介绍

品牌TeKtronix/美国泰克供货周期两周
应用领域综合

EA 10000 系列

EA-10000 系列直流电源和电子负载可为您的应用带来各种功能和效率提升。其中的有源功率因数校正功能,能够充分减少电网的能源浪费。双向再生供电系统能够回收能量并反馈给电网,效率高达 96% 以上。真正的自动量程功能,可以在更广的电压和电流值范围内提供最大功率。通过一套灵活可选的控制接口,您可以在几乎任何生产环境中控制计算机。

如何选择EA-10000系列型号

EA-10000系列有超过180种不同的型号,以满足您的需求。

首先要考虑哪个系列适合您的应用:基础电源、智能电源、双向电源或电子负载。请阅读下面的详细信息,了解它们的区别。

一旦你知道哪个组件最shi合你,就决定你需要的电源量。这个决定会影响哪些外形可以满足你的需要:2U、3U、4U或6U的机架高度。

PS和PSI模型

PS和PSI型号专注于提供电力,而无需将电力作为负载。基础电源型号(PS)提供真正的自控功能,100%基于SiC的设计,以及4种不同的恒压、恒流、功率或电阻控制模式。电源还可以与多达64个总计仪器并联,为您的应用带来更多电力。

智能电源模型(PSI)包含了PS模型的所有功能,并添加了具有基本波形和任意能力的集成功能发电机。适用于EN 50530和 LV123、 LV124、 LV148 等标准的特殊光伏和汽车测试程序也附带了PSI模型。

PSB和ELR模型

双向电源模式(PSB)包括PSI模式的所有功能,并增加了吸收(吸收)电力并返回到本地电网的能力。从同一个箱子采购和吸收电力节省了宝贵的空间,PSB模式在返回电网的效率>96%,节省了电费和冷却成本。PSB模式是EA-10000系列中最灵活的解决方案。

当不需要采购而只需要下沉电力时,再生电子负荷模型(ELR)是明智的选择。ELR模型可捕获高达96%的下沉电流并将该电力反馈回本地电网,从而降低热量、噪音和HVAC成本,从而节省运营费用。ELR还保留了PSI和PSB模型的内置波形发生器和特殊测试程序模式。

工业系列

针对最高能量密度需求和面向未来的应用,EA-10000工业系列可供选择。6U外形可提供高达 60kW 的功率,19“机架解决方案意味着您可以从0.6平方米的地板空间中提供 300 千瓦的功率 。 最多可组合13个机架,实现3.84MW的双向输电和回电。工业系列产品可作为基础电源(PU)、双向电源(PUB)和再生电子负载(EUL)提供。

系列力量电压目前的
EA-PS 10000 2U0-1500瓦/0-3000瓦0-60伏直至0-1500伏0-6 A 至 0-120 A
EA-PS 10000 3U0-5kW/0-10kW/0-15kW0-60伏直至0-2000伏0-20 A 至 0 - 510 A
EA-PS 10000 4U0-30000 W0-60伏直至0-2000伏0-40 A 至 0-1000 A
EA-PU 10000 4U0-30000 W0-60伏直至0-2000伏0-40 A 至 0-1000 A
EA-PU 10000 6U0-60000 W0-360伏直至0-2000伏0-40 A 直至 0 - 1000 A 0-80 A 直直到 0 - 480 A
EA-PSI 10000 2U0-1500瓦/0-3000瓦0-60伏直至0-1500伏0-6 A 至 0-120 A
EA-PSI 10000 3U0-5kW/0-10 kW/0-15 kW0-60伏直至0-2000伏0-20 A 至 0-510 A
EA-PSI 10000 4U0-30000 W0-60伏直至0-2000伏0-40 A 至 0 - 1000 A























































引言

在汽车和工业应用中,由于硅基半导体性能的局限性, 功率电子中使用的半导体材料正逐渐从硅过渡到如碳 化硅(SiC)和氮化镓(GaN)这类宽禁带半导体。GaN 和SiC 支持更小、更快、更高效的设计。规制和经济压 力持续促使高压功率电子设计的效率提高。在空间受限 和/ 或移动应用(例如电动汽车)中,更小、更轻的设计 的功率密度优势尤为明显,而从系统成本降低的角度来 看,更紧凑的功率电子设备也普遍受到青睐。同时,随着 政府推出财政激励措施和更严格的能效规定,效率的重 要性日益增长。例如,欧盟的Eco-design 指令、美国能 源部2016 年效率标准、中国质量认证中心(CQC)标志 等全球实体发布的指南,都在管理电气产品和设备的能 效要求。从电力生成到消耗的各个阶段,功率电子都需 要实现更高的能效,如图1 所示。功率转换器在生成、 传输和消耗链的多个阶段运作,由于这些操作没有一个 是100% 高效的,因此每一步都会有一些功率损失。主 要由于热能损失,这些效率的整体下降在整个周期中不 断加剧.


然而,开关损耗是不可避免的。因此,目标是通过设计 优化来最小化损失。与效率相关的设计参数必须经过严 格的测量。 典型的转换器效率约为87% 到90%,这意味着10% 到 13% 的输入功率在转换器内部消耗掉,大部分以废热的 形式。这种损失的一大部分发生在开关设备如MOSFET 或IGBT 上。

理想情况下,开关设备只有“开"或“关"两种状态,如 图3 所示,并能瞬间在这两种状态间切换。在“开"状态时, 开关的阻抗为零欧姆,无论通过开关的电流有多大,都不 会在开关中耗散任何功率。在“关"状态时,开关的阻抗 为无限大,无电流流过,因此不耗散任何功率。 然而,实际上在“开"到“关"(关断)和“关"到“开"(开 通)的转换过程中会耗散功率。这些非理想行为是由于电 路中的寄生元件造成的。如图4 所示,门极上的寄生电容 会减缓器件的切换速度,延长开通和关断时间。MOSFET 的漏极和源极之间的寄生电阻在漏电流流动时会耗散功 率。

还需要考虑MOSFET 体二极管的反向恢复损失。二极 管的反向恢复时间是衡量二极管切换速度的一个指标, 因此会影响转换器设计中的切换损失。

因此,设计工程师需要测量所有这些时间参数,以尽量 减少切换损失,从而设计出更高效的转换器。

什么是双脉冲测试?

双脉冲测试是一种测量功率设备的切换参数和评估动态 行为的方法。使用这种应用的用户通常希望测量以下切换 参数:

  • 开通参数:开通延迟(t d(on))、上升时间(tr)、开通时间(t on)、 开通能量(Eon)、电压变化率(dv/dt)和电流变化率(di/ dt)。然后确定能量损失。

  • 关断参数:关断延迟(td(off ))、下降时间(tf)、关断时 间(toff)、关断能量(Eoff)、电压变化率(dv/dt)和电 流变化率(di/dt)。然后确定能量损失。

  • 反向恢复参数:反向恢复时间(trr)、反向恢复电流(Irr)、 反向恢复电荷(Qrr)、反向恢复能量(Err)、电流变化率(di / dt)和正向导通电压(Vsd)。

此测试的执行目的是:

  • 保证像MOSFET 和IGBT 这类功率设备的规格。

  • 确认功率设备或功率模块的实际值或偏差。

  • 在各种负载条件下测量这些切换参数,并验证多个设备的 性能。


  • 第一步,由第一次开通脉冲代表,是初始调整的脉宽。这 建立了电感中的电流。调整此脉冲以达到图8 所示的所需 测试电流(Id)。

  • 第二步(2)是关闭第一个脉冲,这在自由轮二极管中产 生电流。关断周期很短,以保持电感中的负载电流尽可能 接近恒定值。图8 显示低侧MOSFET 上的Id 在第二步 归零;然而,电流通过电感和高侧二极管流动。这可以在 图6 和图7 中看到,电流通过高侧MOSFET(未被开通的 MOSFET)的二极管流动。

  • 第三步(3)由第二次开通脉冲代表。脉冲宽度比第一次脉 冲短,以防设备过热。第二个脉冲需要足够长,以便进行 测量。图8 中看到的电流超调是由于高侧MOSFET/IGBT 的自由轮二极管反向恢复所致。

  • 然后在第一次脉冲的关断和第二次脉冲的开通时捕获关 断和开通时间测量。

下一部分将讨论测试设置和测量方式。

双脉冲测试设置

图9 展示了进行双脉冲测试的设备设置。需要以下设备:

  • AFG31000:连接到隔离门驱动器,并使用设备上的双脉 冲测试应用快速生成不同脉宽的脉冲。隔离门驱动器用于 开通MOSFET。

  • 示波器:4/5/6 系列MSO(此设置使用Tektronix 5 系列 MSO):测量VDS、VGS 和ID。

  • 示波器上的双脉冲测试软件:4/5/6 系列MSO 上的Opt. WBG-DPT,用于自动化测量。

  • 用于低侧设备和高侧二极管反向恢复的探头:

    低侧探测:

    高侧探测:

    • – Ch4:IRR - TCP 系列电流探头

    • – Ch5:VDS - THDP/TMDP 系列电压探头

    • – Ch1:VDS - TPP 系列或THDP/TMDP 系列电压探头

    • – Ch2:VGS - TPP 系列或带MMCX 适配器jian端的TIVP 隔 离探头。

    • – Ch3:ID - TCP 系列电流探头

  • 直流电源

    高压电源:

    门驱动电路电源:

    • – 2230 系列或2280S 系列直流电源

    • – EA-PSI 10000 可编程电源,最高2 千伏,30 千瓦

    • – 2657A 高压源表单元(SMU),最高3 千伏

    • – 2260B-800-2,可编程直流电源,最高800 伏


AFG31000 上的双脉冲应用

双脉冲测试应用让用户能够创建具有不同脉宽的脉冲,这一直是主要的用户痛点,因为创建具有不同脉宽的脉冲的 方法耗时。这些方法包括在PC 上创建波形并上传到函数发生器。其他方法是使用需要大量编程工作和时间的微控 制器。AFG31000 上的双脉冲测试应用使得用户能够直接从前端显示屏进行操作。该应用直观且快速设置。第一个 脉宽调整以获得所需的开关电流值。第二个脉冲也可以独立于第一个脉冲进行调整,通常比第一个脉冲短,以防止功 率设备被破坏。用户还可以定义每个脉冲之间的时间间隔。

图11展示了双脉冲测试应用窗口。在这里,用户可以设置:

  • 脉冲数量:2 至30 脉冲

  • 高低电压幅度(V)

  • 触发延迟(秒)

  • 触发源 - 手动、外部或定时器

  • 负载 - 50Ω 或高阻(high Z)



  • 脉泰克(Tektronix) 4、5 或6 系列MSO 示波器

  • 泰克电流探头TCP0030A-120 MHz

  • 泰克高压差分探头:TMDP0200

  • 凯斯利(Kiethley) 直流电源 - 2280S(为门驱动IC 供电)

  • 凯斯利2461 SMU 仪器(为电感供电)

  • 电感:约1 mH

电源连接如下:

  • MOSFET 焊接在电路板上。Q2 是低侧,Q1 是高侧。

  • Q1 的门和源需要短接,因为Q1 不会被打开。

  • Q2 的门电阻已焊接。R = 100Ω。

  • AF31000 的CH1 连接到评估板上的PWM_L 和GND 输 入。

  • 凯斯利电源连接到评估板上的Vcc 和GND 输入,为门驱 动IC 供电。

  • 凯斯利2461 SMU 仪器连接到HV 和GND,为电感供电。

  • 然后将电感连接到HV 和OUT。

双脉冲测试测量

一旦所有电源连接都已安全连接,我们可以将示波器的 探头连接到Q2(低侧MOSFET)。

  • 一个被动探头连接到VGS。

  • 差分电压探头连接到VDS。

  • TCP0030A 电流探头通过 MOSFET源引脚上的环路。

    4/5/6 系列MSO 上的双脉冲测试软件

WBG-DPT 应用相较于手动测试提供了几个重要优势:

  • 缩短测试时间

  • 即使在带有振铃的信号上也能实现可重复的测量

  • 根据JEDEC/IEC 标准或使用自定义参数进行测量

  • 预设功能以便于示波器设置

  • 在脉冲之间和注释之间轻松导航

  • 在结果表中总结测量结果

  • 通过报告、会话文件和波形记录结果

  • 完整的编程接口实现自动化

  • 使用可配置的限制和对失败采取的行动进行合格/ 不合 格测试

有关WBG-DPT 应用的更多信息,请参阅数据表。

测量分为开关参数分析、开关定时分析和二极管恢复分 析。

图16. WBG-DPT 应用中的开关定时分析测量。


WBG Deskew 功能

脉冲的幅度设置为2.5 伏。第一个脉冲的脉宽设置为 10 微秒,间隙设置为5 微秒,第二个脉冲设置为5 微秒。 触发设置为手动。

SMU 仪器设置为向HV 源输入100 伏。配置好门驱动 信号和电源后,现在可以使用示波器上的WBG-DPT 应 用来配置和执行双脉冲测试。



注意图18 中的波形与图8 中显示的波形相似。再次提到,Ids 上看到的电流超调是由于高侧MOSFET/IGBT 的自由 轮二极管的反向恢复。这个尖峰是被使用设备的固有特性,并将导致损耗。

测量开通和关断时序及能量损失

为了计算开通和关断参数,我们查看第一个脉冲的下降 沿和第二个脉冲的上升沿。

  • td(on): VGS 在其峰值的10% 与VDS 在其峰值的90% 之间 的时间间隔。

  • Tr: Vds 从90% 降到10% 的峰值之间的时间间隔。

  • td(off): VGS 在其峰值的90% 与VDS 在其峰值的10% 之间 的时间间隔。

  • Tf: Vds 从10% 升到90% 的峰值之间的时间间隔。


展示了在示波器上捕获的波形和开通参数的测量。 在示波器上,启动WBG-DPT 应用。选择功率设备类型 为MOSFET。配置VDS、ID和VGS 源。

转到开关定时分析组。添加Td(on)、Td(off)、Tr 和Tf 测量。

配置Td(on) 测量,点击预设。这将示波器设置为单次采集。

开启电源。

开启AFG31000 以产生输出脉冲。


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