Part 3, Layout与测量
下图是一个考虑到寄生参数的PFC示意图,这些寄生参数在高dv/dt, di/dt下会引入一些寄生振荡,这些振荡轻则影响EMC,效率,重则造成功率器件失效,特别是SIC MOSFET,GaN MOSFET的AMR范围相对较低,在因此在布板时要特别留意寄生参数的控制,特别是寄生电感(关于寄生参数对振荡的影响,具体参考之前做的一份CCM PFC仿真报告)。
1)对于驱动来说,尽量采用KelvinConnection,这样功率回路的dv/dt就不能耦合进来,特别是Source/Emitter端的PCB寄生电感上的振荡。
同时我们看到很多功率器件的封装也在不断做出新的尝试,例如MOSFET已经推出了TO247-4的封装,GaN甚至都是以贴片封装为主的,这样可以有效降低振荡,提高性能,下图是一个PFC的MOSFET的关断波形,同样的管子不同的封装做测试对比,左边是TO247-3封装,右边是TO247-4的封装,可以看到寄生振荡和交叉损耗都有所改善。
2)Gate的走线要尽量远离Drain的铺铜,减小gate与drain之间的寄生电容。
3)驱动的元器件在layout时要尽量靠近MOSFET的pin脚,特别是放电回路,这样有利于降低嵌位阻抗,减小振荡回路的面积。
5)不管什么拓扑,在高di/dt的回路上一定要有高频退耦电容,最好用薄膜电容最后上一个boost电路的layout(铺铜没有显示,主要看布局),有两个MOSFET并联(关于MOSFET并联也请参考之前的文章)。
写了这么多注意事项,最终还是要靠波形测量来评估好坏,在测试高频毛刺时,示波器的应用要特别注意
1)如果测量低边驱动,X10的电压探头就可以,但是要尽量缩小探头地线的loop面积,下图左边的接法和右边的接法差别会很大
2)对于高边驱动,或者高压Vds的测量,通常会用到X500或者X1000的差分探头,对于差分探头的选择需要考虑到CMR,很多老化的差分探头CMR很差,另外就是带宽,低于100MHZ的带宽,测毛刺是不足可信的
3)最后抛出一个问题,也一直是我的疑问之一,就是示波器的接地问题,Tektronics的AN里明确提到,示波器的地是不能floating的,当实际应用中,我发现绝大多数的示波器都是不接地的,最多只是用隔离变压器来隔离零火线,不知道大家对这个有什么看法~