ComCell

KDEE-LE ComCell
Kontakt: Dr.-Ing. Christian Nöding

Seit 2011 wird die Software "ComCell" für automatisierte Doppelpulsversuche stetig weiterentwickelt. Inzwischen haben wir eine universelle Software, die eine Vielzahl verschiedener Hardware ansteuern und Daten aggregieren kann. Die auf MatLAB-basierende Software (als 64-Bit Standalone-Fassung inkl. Industrie-Lizenz verfügbar) steuert und regelt unterschiedliche Hardware-Komponenten, um eine hohe Zahl an Freiheitsgraden in einer komfortablen Oberfläche zusammenzufassen.

Unsere Software arbeitet dabei mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Geräten in verschiedenen Kombinationsmöglichkeiten zusammen:

• Oszilloskope:
  • Tektronix (DPO7000-Serie, MSO5er- und MSO6er-Serie)
  • LeCroy (u.a. HDO6000-Serie)
  • Yokogawa
  • Keysight InfiniiVision
  • Siglent und weitere
• Mehrere Oszilloskope (auch unterschiedlichen Typs und Hersteller) können dabei zur Erweiterung der Kanalzahl zeitgleich eingesetzt werden. Somit sind parallele Messvorgänge verschiedener Bauteile möglich
• Spannungsquelle:
  • EA PSI9x-Serie
  • Regatron TopCon-Serie
  • FuG MCP-Serie
  • Delta-Electronica SM3300
  • Heiden HPS
  • TTi QPX600DP
  • TDK GEN1000
• Temperaturgeräte:
  • OMRON E5CC-Regler
  • Voetsch-/Weiss-Klimakammer
  • Thermostream
  • Huber 815w
  • Julabo FP51SL
• Sonstige Geräte:
  • Beckhoff-Industrierelais (z.B. zum automatischen Umschalten der High- und Low-Side einer Halbbrücke)
  • Einbindung von Temperatursensoren (J- und K-Typen oder auch digitale Sensoren, wie z.B. DS18B20)
  • Labornetzteile von GwInstek und Rohde+Schwarz
• Pulsgeneratoren:
  • KDEE_MfPG Pulsgenerator
  • TTi TGP3152
  • Keysight 33500
  • Sonderlösungen auf Basis eines C2000 F28335 mit zeitlicher Auflösung von bis zu 150 Pikosekunden

Die Integration neuer Hardware ist - je nach Umfang - auch kurzfristig realisierbar.

Die Software „ComCell“ ist für die Ansteuerung der einzelnen Geräte und den eigentlichen Messablauf zuständig. Die Software verwaltet dabei die einzelnen Konfigurationen (z.B. bei unterschiedlichen Treiberkonfigurationen, oder sonstigen Hardwareänderungen) und erlaubt eine leichte Zuordnung der Messergebnisse zu den jeweils verwendeten Konfigurationen.

Während der Messungen werden die Kanal-Einstellungen des Oszilloskops an die jeweiligen Bedingungen automatisch angepasst. So können bei Turn-On-Messungen auch erhebliche Recoveryströme erfasst werden, bzw. bei Turn-Off-Messungen veränderliche Abschaltüberspannungen. Es wird dabei jeweils ein einstellbarer Headroom ober- und unterhalb der Messsignale eingehalten. Somit sind jederzeit optimale vertikale Auflösungen aller Kanäle und somit eine optimale Ausnutzung des AD-Wandlers des Messmittels sichergestellt.

Über zahlreiche Dialoge und Eingabefenster wird der geplante Messablauf vorbereitet. Dabei korrigiert die Software z.B. einen zu kleinen Zwischenkreiskondensator automatisch und kompensiert den Spannungsabfall über den Zwischenkreis durch einen zu großen Strom. Die Software ermittelt zudem über eine Vormessung die optimale vertikale Verstärkung der einzelnen Oszilloskop-Kanäle, sodass auch bei hohen Oszillationen immer die optimale Auflösung des ADC genutzt werden kann.

Sämtliche Daten werden als Roh-CSV-Dateien in einer Verzeichnisstruktur inkl. Original-Screenshot des Scopes abgelegt, sodass man auch ohne die ComCell-Software Zugriff auf die Messdaten hat. Dabei werden stets Meta-Dateien inkl. Messbedingungen in den jeweiligen Verzeichnissen abgelegt.

Nach Erfassen der Signale können mit der Analysesoftware eine Vielzahl an einzelnen Parametern automatisch ermittelt und per Export-Funktion in eine übersichtlich Excel-Tabelle oder für das fachgebietseigene OpenSource-Tool "TopBench" zur weiteren Verarbeitung exportiert werden. Somit ist eine vollständig automatisierte Erfassung und Verarbeitung der Halbleitereigenschaften und eine direkt anschließende Berechnung der Leistungselektronik möglich.

Die Analysesoftware erkennt dabei selbstständig alle notwendigen Parameter (90%/10%-Grenzen, du/dt, di/dt, Delay-Zeiten, Streuinduktivitäten, Skewing der Messmittel und unterstützt neben der IEC60747 eine Vielzahl unterschiedlicher Integrationsparameter zur Ermittlung der Schaltenergien.

Die Analyzer-Software exportiert auf Wunsch alle relevanten Informationen übersichtlich in eine interaktive Excel-Datei. Hier werden für jede Konfiguration beim Export automatisch einzelne Grafen erstellt, sodass man die Ergebnisse direkt prüfen kann. Zudem sind alle ermittelten Eigenschaften (du/dt, Delay, Energie, Überspannung, etc) in Tabellenform enthalten:

Neben kommerziell verfügbaren Lösungen (z.B. Arbiträr-Signal-Generator mit einstellbarer Spannung) bieten wir einen eigenen Pulsgenerator an.

Der von uns entwickelte Pulsgenerator nutzt dabei einen dsPIC zur Erzeugung unterschiedlicher Kurvenformen und wird direkt über USB mit Spannung versorgt. Über zwei BNC-Anschlüsse werden TTL-Pegel-Signale mit einer zeitlichen Auflösung von 100ns zur Ansteuerung einer Gatetreiberschaltung ausgegeben. Zahlreiche unterschiedliche Signalformen können dabei ausgegeben werden (u.a. Einzel- und Doppelpuls, verschiedene PWM-Signale, Signale für Kurzschlussüberprüfung und Soft-Switching, etc.).