摘要：双脉冲测试(DPT)是一种被广泛接受的评估功率器件动态特性的方法。以IGBT在两电平桥式电路中应用为例，如下图，通过调节直流母线电压和第一个脉冲持续时间，可以在第一个脉冲结束和第二个脉冲开始时捕捉到被测器件在任何所需的电压和电流条件下的开关瞬态行为。DPT结果
双脉冲测试(DPT)是一种被广泛接受的评估功率器件动态特性的方法。以IGBT在两电平桥式电路中应用为例，如下图，通过调节直流母线电压和第一个脉冲持续时间，可以在第一个脉冲结束和第二个脉冲开始时捕捉到被测器件在任何所需的电压和电流条件下的开关瞬态行为。DPT结果量化了功率器件的开关性能，并为功率变换器的设计（如开关频率和死区时间的确定、热管理和效率评估）提供了参考依据，那么对于三电平电路，双脉冲测试需要怎么做呢？
图1 两电平典型DPT电路
图2 DPT典型测试波形
1 I-NPC三电平电路的换流方式与双脉冲测试方法
首先我们从三电平桥臂的工作模态看起，以I型NPC(Neutral Point Clamped)三电平电路为例：
图3 I-NPC三电平桥臂
图4 I-NPC三电平桥臂输出电压电流波形
图4所示为I-NPC桥臂在输出功率因数为零时一个工频周期内输出电压及电流的波形，二者相位差为90度，一个周期可分为ABCD段，包含I-NPC电路工作的四种换流方式。
A时段
A时段（V>0,I>0）为逆变工况，电压、电流方向均为正（规定电流流出桥臂为正），NPC桥臂中点输出电平在+Vdc和0以开关频率跳变，T2常通，T1与D5换流，为小换流回路如图5虚线所示。此时段内存在T1,T2,D5的导通损耗以及T1,D5的开关损耗。
对此种工况进行DPT，可将负载电感连接于直流母线中点与交流出线端间，T3、T4保持关断，T2保持导通，T1施加双脉冲，第一个脉冲到来后，电流流经T1、T2、负载电感，电流线性上升，第一个脉冲结束后，T1关断，电感电流通过D5、T2续流，T1第二个脉冲到来后，电流继续流经T1、T2、负载电感，D5被强迫关断，该工况下测试对象为T1与D5。
图5 T1与D5换流及DPT方法
B时段
B时段（V>0,I
对此种工况进行DPT，可将负载电感连接于直流母线正端与交流出线端间，T1、T4保持关断，T2保持导通，T3施加双脉冲，第一个脉冲到来后，电流流经负载电感、T3、D6，电流线性上升，第一个脉冲结束后，T3关断，电感电流通过T1、T2的反并联二极管D1、D2续流，T3第二个脉冲到来后，电流继续流经负载电感、T3、D6，T1反并联二极管D1被强迫关断，该工况下测试对象为T3与D1。
图6 T3与D1换流及DPT方法
C时段
C时段（V
图7 T4与D6换流及DPT方法
D时段
D时段（V0）与B时段工况对称，为整流工况，T3保持开通，T2与D4换流，换流回路为大回路。此时段内存在D5,T2,D3,D4的导通损耗以及T2,D4的开关损耗。对此工况的DPT方法与B时段工况方法是对称的，负载电感连接于直流母线负端与交流出线端间，测试对象为T2与D4。
图8 T2与D4换流及DPT方法
2 I-NPC三电平电路的双脉冲实测
图13所示为应用英飞凌F3L400R10W3S7 EasyPACK™ 3B三电平模块产品的双脉冲实测波形。可以看到在关断同样电流时，长换流回路中内管关断时的电压尖峰明显更大，因此就需要在设计应用过程中通过DPT评估恶劣工况下内管的电压应力，优化外围直流母线及功率走线杂散电感或是调整外围驱动参数以改善内管的电压应力，避免器件过压失效。
图13 F3L400R10W3S7双脉冲实测波形
同时通过DPT也可量化两种换流回路杂散电感的大小，如图13虚线框所示，可以在DPT中被测器件第二次开通时观测电压平台的跌落与对应电流的变化率以求得，短换流回路杂感约为30nH,长换流回路杂感约为60nH。
对于更大功率的系统，通常采用半桥模块来拼搭三电平电路，在构成I-NPC三电平电路时，主要采用下图所示方案，短换流工况时只涉及一个半桥模块，长换流回路则会涉及所有三个功率模块，因此在功率模组设计中，母排的设计需要格外优化尽可能减小长换流回路的杂散电感以增加功率模组的电流输出能力。图15所示为FF1800R12IE5在I-NPC电路里的双脉冲实测波形，在室温及额定电流条件下，为了降低长换流回路IGBT的关断电压尖峰，使用了更大的门级关断电阻，最终T1与T2的最大关断尖峰电压分别为1010V与1100V。
图14 PrimePACK™ 3+半桥模块构建I-NPC三电平电路示意
图15 FF1800R12IE5双脉冲实测波形
3 I-NPC三电平电路的短路测试
对于I-NPC三电平桥臂的短路测试，通过模拟短路点位置与实际驱动时序（内管先开后关），给出以下几种推荐的测试工况：
AC点与DC+短接，模拟T3开通时短路，短路电流流过T3,D6；
AC点与DC-短接，模拟T2开通时短路，短路电流流过D5,T2；
AC点与直流中点短接，模拟T1或T4开通时短路，短路电流流过T1,T2或T3,T4；
直流中点与上桥钳位点短接，模拟T1开通时短路，短路电流流过T1；
直流中点与下桥钳位点短接，模拟T4开通时短路，短路电流流过T4；
AC点与上桥或下桥钳位点短接，模拟外管开通时短路，短路电流流过T1,T2,D6或D5,T3,T4。
图16 I-NPC三电平桥臂短路测试工况
总结
本篇介绍了I-NPC三电平电路的几种不同换流工况，基于此，通过调整电感位置及功率器件的驱动方式可以模拟实际工况进行对应的双脉冲测试，同时也给出了一些I-NPC电路DPT的实测波形，需要格外注意长换流回路杂散电感的优化设计，最后列出了一些I-NPC电路短路工况供大家在测试中参考。下一期，我们会继续分析T-NPC电路的双脉冲测试与短路测试评估。
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i.MXRT四位数系列Boot之Serial Downloader模式大家好，我是痞子衡，是正经搞技术的痞子。今天痞子衡给大家介绍的是飞思卡尔i.MX RTyyyy系列MCU的Serial Downloader模式。
在上一篇文章 Boot配置(BOOT Pin, eFUSE) 里痞子衡为大家介绍了i.MXRTyyyy Boot的行为配置，其中第一节里讲了Boot有三种行为模式：Serial Downloader、Boot From Fuses、Internal Boot，后两种是核心的加载启动行为模式，而Serial Downloder看起来是个次要的模式，那么Serial Downloader模式到底有什么用？今天痞子衡就来详细聊一聊Serial Downloader模式。
痞子衡在前面已经讲过Serial Downloader模式是一种串行下载模式，在这种模式下，BootROM通过指定的USB或者UART口来接收来自Host（恩智浦提供了上位机工具sdphost.exe或者mfgtool）的Flashloader数据，并将数据存储在SRAM中执行，Flashloader程序可以用来将你的Application下载进i.MXRTyyyy支持的所有外部非易失性存储器中，为后续从外部存储器启动做准备。
i.MXRTyyyy上电永远是从ROM启动去执行BootROM程序，最顶层的Boot行为模式由BOOT_MODE[1:0] pins的状态决定，想进入Serial Downloader模式最直接的方式便是将BOOT_MODE[1:0]输入状态拨成2'b01，在设计i.MXRTyyyy的硬件板时BOOT_MODE[1:0] pins应设计成可通过拨码开关选择输入电平，下图是RT1052硬件板的参考设计：
拨码开关SW5应拨向SW_DIP-8的8和10，即设置BOOT_MODE[1:0]=2'b01，此时便直接进入了Serial Downloader模式。当然如果SW5不按上面这么设置，也有可能进入Serial Downloader模式，但是需要其他前提条件，即Boot From Fuses/Internal Boot模式下从Boot Device加载启动失败。
进入了Serial Downloader模式，此时便可以用恩智浦提供的host工具与BootROM进行命令交互，host工具在 Flashloader包里。
下载好Flashloader包之后，在\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools下可以找到所有host工具，其中用于与BootROM通信的有两个：sdphost.exe与MfgTool2.exe。
2.1 支持的通信外设pinout
BootROM支持两种通信外设，分别是USB-HID和UART，pinout如下（Pinout适用RT105x和RT102x）：
2.2 sdphost用法
sdphost.exe是命令行工具，使用sdphost既可以通过UART口也可以通过USB口与BootROM进行通信与命令交互。
在命令行下打开sdphost.exe，输入-?命令可以看到sdphost使用帮助，一共7条命令：
当使用串口转USB模块连接i.MXRTyyyy的LPUART1或者使用USB Cable连接上USB_OTG1口后可以看到PC设备管理器会识别出相关设备：
让我们尝试一下使用sdphost与BootROM通信，先试一下USB通信:
PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- error-status
关于sdphost其他命令具体如何组合使用，痞子衡会在后续的文章里再具体介绍。
2.3 mfgtool用法
MfgTool2.exe是GUI工具，其实际上是在sdphost工具基础上做了一层图形化封装，但功能上有一些削减，并且使用MfgTool2.exe仅能通过USB口与BootROM进行通信。
如果板子不连USB Cable，直接打开MfgTool2.exe，可看到如下界面，显示"No Device Connected"。
当板子连上USB Cable后可以看到状态变为"HID-compliant vendor-defined device"，这表明软件已可以正常使用。
从软件界面来看，似乎能控制的只有2个按钮：Start和Exit，那到底如何使用这个软件，其实秘密藏在如下两个配置文件里：
\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\cfg.ini\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ucl2.xml
cfg.ini文件用于指定GUI工具工作平台与模式（默认为chip = MXRT105X和name = MXRT105X-DevBoot），而ucl2.xml文件包含了不同模式的具体实现。以MXRT105x-DevBoot模式来说，点击Start按钮后，GUI会使用sdphost.exe与BootROM建立通信，首先用write-file命令将ivt_flashloader.bin文件下载进SRAM（地址是固定的0x20000000），然后使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中去执行（Stage 1），GUI继续使用blhost.exe与Flashloader建立通信，先用get-property 1命令测试连接，然后使用receive-sb-file命令接收boot_image.sb文件。
关于blhost与sb文件的用法，痞子衡会在后续的文章里再具体介绍。
启动Flashloader是Serial Downloader模式的核心任务，其实在上一节mfgtool工具介绍里，大家已经看见了Flashloader的身影，但是GUI工具将Flashloader的启动操作封装得不太直观，这里痞子衡用sdphost为大家直观地再现一遍启动Flashloader的过程。在\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Flashloader目录下，有Flashloader的可执行文件（.elf格式和.srec格式），但是sdphost仅能处理纯image数据文件（.bin格式），可使用IAR EWARM自带的ielftool.exe工具将elf文件转换成bin文件（命令为: ielftool --bin flashloader.elf flashloader.bin）。
得到flashloader.bin文件后，便可使用sdphost的write-file命令将flashloader.bin下载进SRAM，并且使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中，但还需要解决两个问题：
第一个问题，该把flashloader.bin文件下载进SRAM的什么地址？其实这里的SRAM地址即是Flashloader程序的中断向量表所在地址，这个地址包含在elf文件里，可用专门的elf文件分析工具得到。也可以通过查看.srec或者.hex文件得到，由于包里自带了.srec文件，我们直接用文本编辑器打开.srec文件，可以得知这个地址是0x20002000。
让我们开始将flashloader.bin下载进SRAM的0x20002000地址处：
PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20002000 ..\..\..\Flashloader\flashloader.bin
第二个问题，如何使用jump-address命令跳转到Flashloader程序中？痞子衡在前面sdphost命令列表里介绍过，jump-address只能跳转到含IVT头的image，现在image本身已经有了，但是IVT头是什么？用二进制编辑器打开\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ivt_flashloader.bin文件，可以发现除了前2KB之外的其他数据跟我们生成的flashloader.bin是一样的，那么IVT就藏在前8KB数据里，仔细看一下，你会发现除了偏移0x400的位置处有一些数据外，其余都是0，是的IVT就在那里。
你可能会疑问，真正有用的IVT数据只有几十个字节，为什么ivt_flashloader.bin文件会留出8KB的空间来放IVT？这得分析IVT本身才能知道答案，让我们来尝试解析IVT，IVT的原型是如下的hab_ivt_v0结构体，一共32个byte，对应的是偏移0x400 - 0x41F处的数据，hab_ivt_v0.self = 0x20000400，由于此处self成员指定的IVT地址是0x20000400，而Flashloader本身地址是0x20002000，bin文件本身并不含地址信息数据，所以只能用0来填充占位以保证IVT数据与Flashloader数据的相对位置关系，这就是0x430 - 0x1FFF全是0的原因。
hab_ivt_v0.boot_data =0x20000420，指明了boot data数据在0x420 - 0x42b处，boot_data结构体原型如下，一共12个byte，boot_data.start = 0x20000000，指明boot data应从0x20000000处开始存放，所谓boot data即IVT和image的统称，看到这，你应该明白了0x0 - 0x3FF处为何全是0的原因了吧。
既然ivt_flashloader.bin文件里的前8KB有很多冗余数据，那不妨我们只把有效数据（IVT和boot data，0x400 - 0x42d处共44个byte）提取出来放到ivt_bootdata.bin文件里，让我们将ivt_bootdata.bin下载进SRAM的0x20000400地址处：
PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20000400 ..\..\..\Flashloader\ivt_bootdata.bin
刚才痞子衡只是为了讲解ivt与image的关系才分步将自己创建的flashloader.bin和ivt_bootdata.bin下载进SRAM，其实你可以直接将Flashloader包里现成的ivt_flashloader.bin下载进SRAM即可：
PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- write-file 0x20000000 ..\..\mfgtools-rel\Profiles\MXRT105X\OS Firmware\ivt_flashloader.bin
到这里IVT和image均已经下载进SRAM了，可以跳转去执行Flashloader程序了，使用jump-address命令：
PS C:\Flashloader_i.MXRT1050_GA\Flashloader_RT1050_1.1\Tools\sdphost\win> .\sdphost.exe -u 0x1fc9,0x0130 -- jump-address 0x20000400
至此，Flashloader就算启动完成了，jump-address命令执行完成之后，你会发现USB设备被重新枚举了，此时新枚举的USB-HID设备是Flashloader里的通信外设。
如果你试着用blhost与Flashloader通信得到如下结果，恭喜你，Flashloader已被成功启动了。
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RCD电路工作原理：
当开关管导通时，能量存储在初级绕组的电感与漏感中，变压器初级绕组电压为上正下负，RCD吸收二极管阳极近似接地，RCD吸收二管反向截止。
当开关管关断时，初级绕组电感中储存的能量将耦合到次级输出，但初级绕组漏感中储存的能量将无法传递到副边，产生电压尖峰。根据楞次定律变压器初级绕组电压为下正上负，RCD吸收二极管正向导通，给吸收电容CB114充电，下一个开关周期重复以上状态。
RCD电路电流环路分析：
原边MOS管Toff期间,RCD吸收电流环路路径：变压器初级线圈的输出引脚→二极管→串联电阻→串联电容→变压器初级线圈的输入引脚。
原边MOS管Ton期间，通过并联在RC两端的电阻给电容放电，即通过并联电阻消耗来吸收电容储存的能量。
02、RCD电路EMI影响机理分析
RCD吸收电容引起的电流振荡
变压器漏感产生的电压尖峰与变压器本身的漏感感量相关，电压尖峰的大小确定了RCD吸收电容充电电流的大小，电容充电时产生的电流尖峰不加以抑制，可能导致严重的辐射问题。
为限制RCD吸收电容的电流尖峰，在RCD吸收电路中增加串联电阻，可减缓电容充电速度，降低电流尖峰，是改善其EMI性能切实可靠的重要措施之一。
二极管反向恢复对EMI影响机理分析
RCD吸收电路中二极管工作在开关状态下，其反向恢复时间通常对EMI性能有较重要的影响。单纯的从反向恢复本身的影响来看，反向恢复时间越长，反向恢复电流越小，EMI的性能表现就越好，反之，EMI性能就会越差。
二极管反向恢复时间是由其寄生电容决定，而寄生电容通常是由二极管的封装、制造工艺决定，相同厂家的同规格型号原则上快管寄生电容小，慢管寄生电容大，寄生电容从侧面反映的实质上还是反向恢复时间。通过在RCD吸收二极管两端并联电容，可以调整由RCD吸收二极管反向恢复引起的辐射问题。
变压器励磁电感/漏感与二极管寄生参数形成的寄生振荡
RCD吸收二极管寄生电容不可避免，不同型号、不同厂家的二极管寄生电容差异较大，由于RCD吸收二极管未导通时，RCD吸收二极管寄生电容与RCD吸收电容是串联，起作用的主要是二极管寄生电容，即参与LC振荡的主要是二极管寄生电容，
首先，抑制LC振荡的最简单有效的办法是在振荡回路中串联电阻。其次，破坏振荡产生的条件，即改变电容参数、电感参数，振荡频率会随之改变。由于变压器确定后励磁电感/漏感的参数就已经固定，唯一能改变的就是二极管寄生电容参数。二极管寄生电容参数可以通过型号（快管&慢管）选择与在二极管两端并联电容改变。
03、RCD吸收电路参数调整影响分析
RCD吸收使用肖特基二极管时测试波形：
波形说明：
蓝色是原边MOS管D极电压波形，紫色是RCD吸收二极管阴极电压波形，绿色是原边MOS管的电流波形。从测试波形上看原边MOS管D极电压过冲、振铃均较严重，而RCD吸收二极管阴极电压过冲较小。
RCD吸收使用慢管时测试波形：
波形说明：
蓝色是原边MOS管D极电压波形，紫色是RCD吸收二极管阴极电压波形，绿色是原边MOS管的电流波形。从测试波形上看原边MOS管D极电压过冲、振铃有明显改善，而RCD吸收二极管阴极电压过冲也降低，MOS管电流尖峰也降低。
RCD吸收使用肖特基二极管时，改变串联电阻参数二极管并联电容测试波形：
串联电阻改为30ohm测量波形
二极管两端并联47pF电容测量波形
波形说明：
通过仅修改串联电阻参数可以改变原边MOS管D极电压振荡波形的斜率，过冲幅度也会相对减小，RCD吸收二极管阴极电压过冲幅度变化较小，电压过冲斜率变化较明显，原边MOS管电流波形变化不明显。
通过仅在RCD吸收二极管两侧并联47pF电容，原边MOS管过冲幅度降低较小，而RCD吸收二极管阴极电压过冲幅度有明显降低，原边MOS管电流波形无明显变化。
RCD吸收使用肖特基二极管时，去掉RCD环路中串联的6mm磁珠测试波形：
波形说明：
去掉RCD吸收环路中串联的6mm磁珠时，原边MOS管电流过冲幅度有降低，RCD吸收二极管阴极电压过冲有明显降低，而原边MOS管D极电压过冲有稍微增加，振荡变得更严重。
04、RCD电路EMI案例解析
PCB设计案例（一）：
问题描述：
某款电源板卡辐射测试时105MHz频点呈现包络状干扰，余量不满足6dB管控标准，分析其产生原因是反激电路初级RCD吸收电路，PCB环路面积设计问题，手工飞线缩小RCD吸收环路后，验证辐射测试结果PASS。
PCB修改前RCD吸收电流环路设计
PCB修改后RCD吸收电流环路设计
问题解决方案：
修改PCB Layout，调整RCD吸收环路设计，缩小其PCB上布线的环路面积，降低环路空间辐射，修改PCB设计后，辐射测试顺利通过。
PCB设计案例（二）：
问题描述：
某款电源板辐射测试时32MHz、77MHz频点呈现包络状干扰，余量不满足6dB管控标准，分析问题产生的原因是初级RCD电路PCB Layout的环路面积较大，导致空间辐射强，具体辐射测试数据如下图所示：
问题解决方案：
修改PCB Layout，调整RCD吸收环路设计，缩小其PCB上布线的环路面积，降低环路空间辐射，修改PCB设计后，辐射测试顺利通过。
05、RCD电路EMI设计优化
RCD电路原理图EMC设计优化
RCD电路优化设计方案：
电阻R117、R118、R123的引入，主要是抑制C106充电瞬间产生的电流尖峰或电流振荡。
二极管两端并联电容设计预留，目的是解决RCD吸收二极管反向恢复引起的问题。
从缩小RCD吸收环路面积的角度考量，磁珠位置调整如图所示。
RCD电路PCB设计优化
RCD电路PCB设计要点说明：
RCD吸收电路从变压器初级绕组输入引脚-二极管—吸收电容-串联电阻到输出引脚构成的环路面积保持最小化，如上图红色线描述的轨迹所示。
RCD吸收电路，应避免从变压器初级绕组输出引脚-串联电阻-吸收电容-二极管-大电解电容的正极-变压器初级绕组输入引脚的情况。
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大家好，我是记得诚。用过MOS管的小伙伴都知道，其内部有一个寄生二极管，有的也叫做体二极管。
1、PMOS管做开关用，S极作电源输入，D极作输出，当Vsg大于阈值电压，MOS管导通，一般MOS管的导通内阻都很小，毫欧级别，过几安培的电流，压降也才毫伏级别，此时体二极管是截至状态的。
2、PMOS管D极接电源输入，S极接输出，D极首先通过PMOS管内部的体二极管到达S极，控制G极为0，Vsg大于阈值电压，MOS管导通，和上面一样，DS沟道压降很小，DS压差不足以使二极管导通，这时候MOS管的体二极管也是截至状态的。
如果控制G极为高电平，PMOS管会截至，D极电源输入走的是体二极管路径，一般二极管压降是要比MOS管大一些的，所以Vs会比Vd小一些。上面场景2，在某些电路场合中经常会用到。比如双电源供电的方案中，其中一个电压较低，接近负载电源电压，可以直接走MOS管的沟道；另外一个电压较高，如果直接导通，DS电压差不多，后端负载承受不住，这时候利用MOS管内部的体二极管，增大DS之间的压降，保证了安全。使用场景2，我们就要考虑寄生二极管的过电流能力和压降。这个体二极管其实就是一个普通的二极管，也能过较大的电流，比如下面这个，DS沟道能过5.8A，体二极管能过2.9A。
大多数MOS管规格书上，是不会给出MOS管体二极管相关参数的，或者给的数据比较少。如果我们要应用在电路中，需要让厂家提供详细的数据。他们的数据会很完整，包括不同电流下的压降，不用温度下的数据，如常温25℃，75℃等等。今天的小TIPS分享到这里就结束了，希望对你有帮助，我们下一期见。
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来源：凯哥聊科技