概述

眾所周知，達索系統的CST對于電磁兼容性仿真有著很好的精度和準確度。那么CST除了電磁兼容性仿真，SIPI仿真還能做哪些事呢？

CST電磁兼容性仿真2023年達索系統全球冠軍計劃成員。耐世特資深電子工程師，會定期分享一些使用CST電磁兼容性仿真的案例，以及心得和體會。

都說技多不壓身，今天小編來介紹下使用CST進行雙脈沖3D電路仿真，對于功率開關器件雙脈沖試驗是一個不得不做的測試試驗。對于功率回路來說雜散電感越小越好，過大的雜散電感會導致Vds的電壓尖峰過大，從而危害MOS管，所以PCB layout完成后可以使用CST仿真優化雜散電感

為了評估功率器件的動態參數，通常采取的測量方法是雙脈沖測試。那什么是雙脈沖測試呢？顧名思義，是通過兩個脈沖，去控制器件的開關開關，然后測試在開關過程中的一些參數指標。

雙脈沖的意義

考量開關管在實際電路中的實際表現，評估開關管固有參數是否滿足設計需求，如反向恢復電流，電壓關斷尖峰，開通關斷時間。

雙脈沖的目的

（1）對比不同的開關管的參數，測量各項動態參數

（2）評估功率MOS驅動電阻的阻值是否合適

（3）功率MOS開關信號是否有不正常的震蕩,電壓尖峰是否超過耐壓裕值

（4）計算回路雜散電感

（5）評估二極管的反向恢復行為和安全裕量

雙脈沖的測試原理

雙脈沖測試通常以半橋形式測試，所謂雙脈沖就是上管持續關斷，下管驅動信號給定兩個脈沖從而測試下管的開關特性。如上圖所示，上管兩端并接一個電感，這里主要測試的就是下管的特性以及上管的反向二極管特性。

雙脈沖測試的電路如圖

雙脈沖測試的波形如下圖

（1）如圖3在t0時刻，門極放出第一個脈沖，開關管飽和導通，電感電流線性上升，電流公式如下，t1時刻電流值最大，由時間t1決定電流大小。第一階段如圖所示

（2）如圖4在t1時刻，被測開關管關斷，電感電流由上管二極管續流，電流波形如虛線所示，此電流一般不容易檢測。第二階段如圖所示

（3）如圖5在t2時刻，第二個脈沖的上升沿到達，被測開關管再次導通，續流二極管進入反向恢復，反向恢復電流會穿過開關管，在電流探頭上能捕捉到這個電流。第三階段如圖所示

（4）如圖6在t3時刻，開關管關斷，此時電流較大由于母線雜散電感的存在，電壓會出現尖峰，第四個階段如圖所示

根據上面的分析，我們可以通過雙脈沖測試測得二極管的反向恢復時間，開關管的上升時間和下降時間等等。還能測得雜散電感兩端的電壓，通過下面公式計算出回路中的雜散電感。從而去優化電路回路中的雜散電感。

Us雜散電感兩端的電壓

Ls雜散電感感值

di/dt母線電流的變化率

雙脈沖測試的仿真

言歸正傳，現在我們來看看雙脈沖測試如何仿真。

第一步：在CST里面建立一個空心電感，最好跟實際模型一樣，感值在3uH左右，如圖

仿真得到感值如圖

第二步：CST里面3D建模，把PCB導入，將上面的電感模型加在上管mos的兩端，如圖

第三步建立DS電路模型，上管MOS驅動信號置低，下管MOS給一個90kHz的雙脈沖驅動信號

我們先看一下實測雙脈沖波形，黃色通道為母線電流的波形

通過測試我們看第一個斜坡，最大電流158A，di等于158A，時間間隔11.5us左右，dt等于11.5us，綠色信號Vds下降沿的一個豁口電壓Us可以直接讀出來20V左右，這個就是雜散電感兩端的電壓，計算得到雜散電感為1.5uH

再來看一下仿真的雙脈沖波形圖

dt = 11.77us di=154A Us = 21V

最后得出雜散電感為1.6uH

總結

（1）通過仿真和實測波形和數據對比，結果還是比較準確

（2）通過雙脈沖仿真可以準確評估開關管的性能，參數，設計需求。

（3）在PCB gerber發給板廠之前我們可以通過仿真去優化PCB的寄生參數，從而達到高效，低成本，低風險的進行產品設計。