测试另外一个厂商的T254 高频功率MOS管
▲ 两种不同厂商提供的T254高频功率MOS
▌AOT254 高频功率MOS管
1.测试需求
使用 T254 设计了 第十六届全国大学生智能汽车竞赛 的 信标的功率驱动板 上的无线充电半桥MOS电路部分。由 龙邱科技公司 提供的两款T254 MOS来进行对比，是否可以满足驱动50W（150kHz）无线充电的需要。
2.测试方案
对比从以下几个方面进行。
（1）静态对比
- 外观对比：对于MOS管上的表示字符的特点进行对比；
- 输入电容测量；
- 导通电阻
（2）输出功率测试
将对比的MOS跟换在相同的驱动板上，使用相同的外设，测试输出功率；MOS的温度上升情况；
输出负载就使用在 无线节能信标核心板V4-测试-2021-4-3 设计的基于输出电流为5A的LCC补偿整流板，外加10Ω（150W）电阻作为负载，测试电路板的输出。
3.修改建议
（1）修改XM1008K对应的功率
根据后面的2-2-2测试功率结果，可以看到使用STM32F030F4控制的电路板输出功率要比XM1008K6T6大得多。需要对于XM1008K6T6中软件对于电流限制部分进行修改。
▓ 补充实验: 在 实验研究信标无线电能输出功率的因素 对于基于XM1008K6T6进行实验探究，发现最终引起功率（效率）小的原因还是LCC的串行补偿Ls的电感过小，以及绕制的磁环工艺的问题。
▌02 对比测试
1.静态测试
（1）外观对比
下图显示了两款T254 MOS管的外形的区别。T254外观||左：第一批已经测试过的T254MOS管||右：待对比的第二批的T254MOS管。
▲ T254外观 左：第一批已经测试过的T254MOS管 右：待对比的第二批的T254MOS管
它们芯片上的字迹在亮度，标示还是有区别的。
- 第一批MOS T254的特定：
-
- 字迹暗淡，序列号为：BV001
- 第二批MOS T254的特点：
- 字迹清晰，序列号未： BV0S16
（2）两种MOS管的输入电容
使用SmartTweezer 手持LCR（10kHz测试频率）测量T254的MOSG-S之间的静态电容。
▲ 测量两个MOS的输入电容
下面表格显示了第一批次和第二批次T254MOS管的G-S之间的电容数值。他们之间的数值相差将近两倍。
【表格2-1-2-1：MOS的G-S电容对比】
| MOS批次 | 电容容量 | 单位 |
|---|---|---|
| 第一批次 | 2.287 | nF |
| 第二批次 | 1.205 | nF |
根据 AOT254L数据手册 ，可以查到对应的输入电容的范围应该为：2.15nF左右。这与前面第一批次所测量得到的MOS相符的。
▲ AOT254 数据手册上的关于输入电容的大小
通过G-S 输入电容对比，第二批次的T254 MOS应该比起第一次响应速度更快。
（3）D-S导通电阻
在G-S之间施加固定的驱动电压，通过固定的电流，对比两个三极管的D-S之间的电阻。也可以使用SmartTweezer测量对应的导通电阻。
- 测试1：施加Vgs=5V
使用SmartTweezer测量，10kHz
| MOS批次 | 串联电感 | 串联电阻 |
|---|---|---|
| 第一次批次 | Ls=79.32 nH | Rs=73.84mΩ |
| 第二批次 | Ls=xxx nH | Rs=169.4mΩ |
- 测试2：施加的Vgs=4V
使用SmartTweezer，10kHz测量。
| MOS批次 | 串联电感 | 串联电阻 |
|---|---|---|
| 第一次批次 | Ls=73.58nH | Rs=79.81mΩ |
| 第二批次 | Ls=xxx nH | Rs=176.0mΩ |
- 测试3：施加Vgs=3V
使用SmartTweezer测量，10kHz
| MOS批次 | 串联电感 | 串联电阻 |
|---|---|---|
| 第一次批次 | Ls=xxxx nH | Rs=146.4mΩ |
| 第二批次 | Ls=xxx nH | Rs=195.3mΩ |
- 测试4：施加Vgs=10V
使用SmartTweezer测量，10kHz
| MOS批次 | 串联电感 | 串联电阻 |
|---|---|---|
| 第一次批次 | Ls=75,97 nH | Rs=69.64mΩ |
| 第二批次 | Ls=xxx nH | Rs=161.4mΩ |
对比上述测量结果，可以看到第二批次的MOS管的导通电阻要比其第一批次的导通电阻大了两倍作用。
根据 AOT254L数据手册 对于AOT254L导通电阻数据来看，在4.5V的时候导通电阻应该小于53mΩ。
▲ AOT254 导通电阻
2.无线发射负载测试
（1）测试方案
外部的负载如下，使用在 如何高效获取无线充电电能-无线节能组 制作的5A输出的LCC补偿网络外接 10A全桥肖特基整流桥电路，将整流的直流电压施加在10Ω（由三个30Ω/50W并联而成）/150W的功率电阻上。
▲ 功率接收负载
（2）测试结果
【第一次测试】
使用的测试版是第二版版本组装的，PCB的使用的绿色的阻焊层。
- 测试条件：
-
无线发送工作电压：+24V
接收线圈：小型的接收线圈，放置在发送线圈中间； - 测试结果：
-
负载电压（V）：21.53
电源电流（A）：2.999 - 结果分析：
-
输入功率：Pin = 24×2.999=71.976W
输出功率：Pout=21.532/10=46.354W21.53^2 /10 = 46.354W21.532/10=46.354W
功率传输效率：η=Pout/Pin=46.354/71.976=64.4%\eta = P_{out} /P_{in} = 46.354/71.976 = 64.4\%η=Pout/Pin=46.354/71.976=64.4%。
【第二次测试】
使用第四版本的功率板，PCB的阻焊层是黑色的。
- 测试结果：
-
负载电压（V）：16.6
电源电流（A）：2.33 - 结果分析：
-
输入功率：Pin = 24×=55.92W
输出功率：Pout=16.62/10=27.55W16.6^2 /10 = 27.55W16.62/10=27.55W
功率传输效率：η=Pout/Pin=27.55/55.92=49.27%\eta = P_{out} /P_{in} = 27.55/55.92 = 49.27\%η=Pout/Pin=27.55/55.92=49.27%。
（3）测试结果分析
对比上面的测试结果，可以看到两个版本输出的功率非常不同。在第一个版本中，使用的STM32F030F4的芯片，而在第二次测量的时候，使用XM1008 信号，可以看到输出的功率只有前面的一半左右。这说明在后面的版本中，对于电流采样所对应的电流值与第一版本存在着很大的差异。
▓ 修改建议 需要对于所有XM1008K6T6版本的功率发射板的电流限制进行放开。否则无法达到所需要的输出功率。
▓ 补充实验: 在 实验研究信标无线电能输出功率的因素 对于基于XM1008K6T6进行实验探究，发现最终引起功率（效率）小的原因还是LCC的串行补偿Ls的电感过小，以及绕制的磁环工艺的问题。
3.更换测试MOS进行功率输出
将是第二版版本组装的（PCB的使用的绿色的阻焊层）中的MOS替换成待测T254。
▲ 增加临时的散热片，进行测试第二批MOS管
- 测试条件：
-
无线发送工作电压：+24V
接收线圈：小型的接收线圈，放置在发送线圈中间； - 测试结果：
-
负载电压（V）：19.50
电源电流（A）：3.04 - 结果分析：
-
输入功率：Pin = 24×3.04=72.96W
输出功率：Pout=19.502/10=38.025W19.50^2 /10 = 38.025W19.502/10=38.025W
功率传输效率：η=Pout/Pin=46.354/71.976=52.12%\eta = P_{out} /P_{in} = 46.354/71.976 = 52.12\%η=Pout/Pin=46.354/71.976=52.12%。
▌03 测试结果
通过前面的测试，可以看到第二批待测的AOT254MOS管比起第一版本有以下的差异：
- 管子的导通内阻明显增加了。在相同的Vgs下，D-S的导通内阻大了一倍；
- 在相同的负载下，功率传输效率减少了，原来MOS传输效率大约是64%，替换之后降低到52%；
- 输出功率减少了。在同样的情况下，输出功率从46W降低到38W。
所以第二批MOS管的性能比不上原来的MOS管。
最后，需要对于MX1008的板子上的限流参数进行修改。
■ 相关文献链接:
- AOT254L数据手册
- 第十六届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则
- 无线节能信标核心板V4-测试-2021-4-3
- 龙邱科技公司
- 如何高效获取无线充电电能-无线节能组
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