IGBT双脉冲测试方法
Technical Training
2010-10-12
IGBT双脉冲测试方法介绍
Winson Wei (魏炜)
CT-Concept Technologie AG - Switzerland
Wei.wei@igbt-driver.com
Mobile:186-8878-5868
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
双脉冲测试方法的意义
1.对比不同的IGBT的参数,例如同一品牌的不同系
列的产品的参数,或者是不同品牌的IGBT的性能。
2. 获取IGBT在开关过程的主要参数,...
Technical Training
2010-10-12
IGBT双脉冲测试方法介绍
Winson Wei (魏炜)
CT-Concept Technologie AG - Switzerland
Wei.wei@igbt-driver.com
Mobile:186-8878-5868
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
双脉冲测试方法的意义
1.对比不同的IGBT的参数,例如同一品牌的不同系
列的产品的参数,或者是不同品牌的IGBT的性能。
2. 获取IGBT在开关过程的主要参数,以评估Rgon及
Rgoff的数值是否合适,评估是否需要配吸收电路等。
3. 考量IGBT在变换器中工作时的实际表现。例如
二极管的反向恢复电流是否合适,关断时的电压尖
峰是否合适,开关过程是否有不合适的震荡等。
怎样认识IGBT的特性?
通常我们对某款IGBT的认识主要是通过阅读相应的
datasheet,但实际上,数据手册中所描述的参数是基于
一些已经给定的外部参数测试得来的,而实际应用中的
外部参数都是个性化的,往往会有所不同,因此这些参
数有些是不能直接拿来使用的。我们需要了解IGBT在具
体应用中更真实的表现。
在datasheet中,描述IGBT的开关的行为的参数主要包
括:tdon, tr, tdoff, tf, Eon, Eoff, ISC等
要观测这些参数,最有效的方法就是:“双脉冲测试方法”。
双脉冲测试平台的电路
用高压隔离探头取Vce电压;
用罗氏线圈电流探头取Ic;
用普通探头测量Vge信号。
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
上管IGBT的门极上加了
负压,因此它是关断的,
只有续流二极管在起作用
。实际上也可以用单个二
极管代替这个IGBT。
下管IGBT是被测对象!
双脉冲测试的基本实验波形
Vge
Ic
Vce
二极管反向恢复电流
杂散电感产生的电压尖峰
t0 t1 t2 t3
双脉冲实验的基本原理(1)
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
Vge
Vce
t0 t1
Ic
在t0时刻,门极放出第一个
脉冲,被测IGBT饱和导通,
电动势U加在负载L上,电感
的电流线性上升,电流表达
式为:
L
tUI ⋅=
在t1时刻,电感电流的数值由
U和L决定,在U和L都确定时
,电流的数值 由t1决定,时间
越长,电流越大。因此可以自
主设定电流的数值。
双脉冲实验的基本原理(2)
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
Vge
Ic
Vce
二极管反向恢复电流
t0 t1 t2
负载L上的电流,由二极管
续流
在t1时刻,被测IGBT关断,
负载L的电流由上管二极管
续流,该电流缓慢衰减,如
图虚线所示。
由于电流探头放在下管的发
射极处,因此,在二极管续
流时,IGBT关断,示波器上
是看不见该电流的。
双脉冲实验的基本原理(3)
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
在t2时刻,第二个脉冲的上
升沿到达,被测IGBT再次
导通,续流二极管进入反向
恢复,反向恢复电流会穿过
IGBT,在电流探头上能捕
捉到这个电流,如图所示。
Vge
Ic
Vce
二极管反向恢复电流
t0 t1 t2
负载L上的电流,由二极管
续流
在t2时刻,重点是观察IGBT
的开通过程。反向恢复电流
是重要的监控对象,该电流
的形态直接影响到换流过程
的许多重要指标。
双脉冲实验的基本原理(4)
在t3时刻,被测IGBT再次关
断,此时电流较大,因为母
线杂散电感的存在,会产生
一定的电压尖峰,
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
Vge
Ic
Vce
二极管反向恢复电流
杂散电感产生的电压尖峰
t0 t1 t2 t3
在t3时刻,重点是观察
IGBT的关断过程。电压尖
峰是重要的监控对象。
双脉冲实验的实测波形
双脉冲实验的关注点----开通过程
右图是IGBT典型的开通波
形,当门极电压到达门槛值
时,IGBT导通,Ic开始增长
,直到Ic基本到达电感电流
的数值,续流二极管进入反
向恢复后,IGBT的Vce才开
始下降,反向恢复过程结束
后,续流二极管截止,Vce
到达饱和值,换流过程完成
。
双脉冲实验的关注点----开通过程
右图是IGBT实测开通波形
,我们需要关注的点是:
1. 二极管的反向恢复电流
的di/dt,
2. 二极管的反向恢复电流
的峰值,
3. 反向恢复后电流是否有
震荡,拖尾有多长,
4. Vce电压是否正确变化
5. 测算出损耗,(依赖示波
器功能) 红线:Ic
蓝线:Vce
绿线:Vge调整门极电阻Rgon可以强烈地影响该过程,用
以确定Rgon的数值是否合适。
双脉冲实验的关注点----开通过程
在IGBT开通时,Rgon
的影响很大,它可以影
响di/dt的速度,反向恢
复电流的峰值,进而决
定开通损耗。
下图是在3个IGBT并联的情况下
测试的开通波形,蓝橙红分别
为3个IGBT的Ic。用此方法可以
很准确的测试出动态均流的情
况。从而进行动态均流调试。
所以确定Rg最好的方法
是靠双脉冲测试法,动
态调试该参数。
双脉冲测试在并联中
的应用!
利用开通过程测量主电路杂散电感
在IGBT开通时,Ic开始增长,而此时上管
IGBT的续流二极管处于反向恢复,该二极管
没有阻断能力,上管Uce=0。
dt
diLU SS ×=
U
L
Vce
Ic
Ls
Uce
在Ic开始增长时,杂散电感上感应的电压的
方向如图所示,是与母线电压相反的,所以
此时在下管的Vce上测得的波形出现了一个
缺口,如右图波形中的虚线所示。这个缺口
电压产生的原因是杂散电感抵消了一部分母
线电压。也就是说,缺口的电压是杂散电感
上的感应电压。
从示波器上读出Us,再读出di/dt,代进上式,
就能算出杂散电感Ls的数值。
这个模型是比较准确的,因此得出的数据比较
可靠。
双脉冲实验的关注点----关断过程
关断过程的关注点为Vce的电
压尖峰,它是直流母线杂散电
感与di/dt的乘积,通过观察这
个尖峰,可以评估IGBT在关
断时的安全程度。
Vce尖峰一般都客观存在,在
短路或者过载时,这个尖峰
会达到最高值,比正常工作
时要高得多,通常可以使用
有源钳位电路(Active
Clamping)进行抑制。
为什么要用双脉冲,单脉冲不行吗?
在大部分电力电子装置中,负载的电感量都比较大,
在IGBT关断后,电感电流一般不会断流,二极管会一
直续流,在此时开通IGBT,会有二极管的反向恢复过
程。而单脉冲实验中是没有二极管反向恢复过程的,
因而双脉冲实验比单脉冲实验真实。
但是单脉冲实验可以充分观察关断过程,如果只需要
关注关断过程,则单脉冲实验也是可以的。
实验前的计算工作
在这个实验中,涉及4个
物理量:
1.母线电压(U)
2.电感电流(I)
3.电感量(L)
4.脉冲宽度(t)
它们之间的关系用下面的式子建立起来:
L
tUI ⋅=
我们以FF1000R17IE4为被测对象,做一次计算:
实验前的计算工作
Vge
Ic
Vce
二极管反向恢复电流
杂散电感产生的电压尖峰
t0 t1 t2 t3
U
L
T1 T2 T3
Vge
Vce
Ic
L
tUI ⋅=
得 t=50.9us
代入U取IGBT的额定母线电压:
1100V
I取此IGBT的安全工作区的
边缘:2000A,
L取实验室条件下简单绕制
的空心电感:28uH
从上图可知,要使电流在第二
个脉冲关断时到达2000A,则
2个脉冲的宽度之和为:
T1+T3=50.9us
实验前的硬件准备工作
我们需要的硬件包括:
1. 高压电源
2. 电容组
3. 叠层直流母排
4. 负载电感(可以自己绕制,不要饱和即可)
5. 被测IGBT及驱动电路
6. 示波器(最好是4通道,高带宽)
7. 高压差分电压探头
8. 罗氏线圈电流探头
9. 可编程信号发生器或简易信号发生装置(发出一组双
脉冲信号)
实验仪器
罗氏线圈电流探头: 多通道示波器及高压差分探头:
双脉冲测试实验台
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