什么是功率器件双脉冲测试？

发布日期：2024-04-15

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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。

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。

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。

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)。

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。

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。

图6-下管关断分析

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