什么是功率器件双脉冲测试?

发布日期:2024-04-15     102 次

双脉冲的意义

首先是对比不同开关管参数及性能,同时可以获取开关管开关过程中的参数,评估Rgon/Rgoff 数值是否合适,是否需要吸收电路等。而且可以考量开关管在实际电路中的实际表现,反向恢复电流,关断电压尖峰,开通关断时间、开关过程是否有不合适的震荡等。

怎么认识功率器件特性

在datasheet中,描述功率器件开关行为的参数主要包括:tdon, tr, tdoff, tf, Eon, Eoff, Isc等,都是基于一些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,往往会有所不同,因此需要通过双脉冲测试来看IGBT在具体应用中的真实表现。

双脉冲电路

图1是双脉冲测试电路,下管以及上管的二极管是被测对象,用高压隔离探头取Vds/Vce电压;用罗氏线圈电流探头取Id/Ic,用普通探头取Vgs/Vge信号。

11.jpg图1-双脉冲测试电路

原理与波形

双脉冲测试通常以半桥形式测试,所谓双脉冲就是上管持续关断,下管驱动信号给定两个脉冲从而测试下管的开关特性。如图1所示,上管两端并接一个电感,以IGBT为例,主要测试的是下管的特性以及上管的反向二极管特性,图2是双脉冲测试波形。

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图2-双脉冲测试波形

图3是各时间段的原理分析:

在t0时刻,门极第一个脉冲,被测下管饱和导通,电压U加在负载L上,电感电流线性上升:I=U*t/L;

在t1时刻,被测下管关断,负载L的电流由上管二极管续流,该电流缓慢衰减;

在t2时刻,门极第二个脉冲,被测下管再次导通,续流二极管进入反向恢复,反向恢复电流会穿过下管;

在t3时刻,被测下管再次关断,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。

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图3-双脉冲原理分析

关注点

t2时刻的开通过程与Rgon有关,Rgon增大,反向恢复电流会缓和。需要关注如下几点:

1) 二极管反向恢复电流di/dt、峰值、二极管反向恢复后电流是否有震荡,拖尾有多长;

2) Vce电压是否正确变化,计算出开通损耗;

如图4所示:在Ic开始上升时,杂散电感上产生的压降与母线电压相反,所以此时下管Vce上测得的波形出现了一个缺口,如图中虚线所示,即这个缺口是杂散电感上的感应电压,读出Us和di/dt,可计算出Ls=Us/(di/dt)。

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图4-下管开通分析

3) 二极管反向恢复过程中,同步抓取二极管的电压电流波形,如图5所示:计算出二极管的瞬时功率。

当二极管反向恢复电流上升(前沿)时,杂散电感上产生的压降与母线电压相抵消,故没有风险;

当二极管反向恢复电流下降(后沿)时,杂散电感上产生的压降与母线电压同向,电压落在二极管上,二极管出现电压尖峰,同时也会出现瞬时功率的尖峰。故需要减小杂散电感、优化反向恢复电流下降di/dt,优化散热降低结温,保证二极管的安全裕量。

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图5-二极管反向恢复分析

t3时刻的关断过程与关断电阻Rgoff有关,需要关注由直流母线杂散电感与di/dt产生的Vce电压尖峰,如图6所示,重点关注短路或者过载时产生的Vce电压尖峰,为确保IGBT的安全裕量,通常可以采用有源钳位电路进行抑制。

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图6-下管关断分析


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