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IGBT雙脈沖測(cè)試詳解

發(fā)布時(shí)間:2021-02-07 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電源設(shè)備硬件主功率部分的電路性能直接影響產(chǎn)品品質(zhì),但開發(fā)過程中,在樣機(jī)測(cè)試階段才能對(duì)其性能進(jìn)行評(píng)測(cè)。有些公司為保證產(chǎn)品開發(fā)進(jìn)度,僅采取不得已的補(bǔ)救措施,產(chǎn)品不僅非最優(yōu)設(shè)計(jì),甚至?xí)o產(chǎn)品的質(zhì)量埋下隱患。而我司在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期就采用IGBT雙脈沖測(cè)試,提前對(duì)硬件電路設(shè)計(jì)進(jìn)行多維度測(cè)試評(píng)估,在保證產(chǎn)品是最優(yōu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上,提高產(chǎn)品開發(fā)效率。
 
什么是雙脈沖測(cè)試
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖一:雙脈沖測(cè)試平臺(tái)電路及理想波形
 
圖一左圖是雙脈沖測(cè)試平臺(tái)電路,圖中的IGBT和二極管是我們觀測(cè)的主要對(duì)象,通過示波器來觀測(cè)雙脈沖電路中的波形數(shù)據(jù),這些波形數(shù)據(jù)有:IGBT的驅(qū)動(dòng)電壓Vge、IGBT的集電極和發(fā)射極的電壓Vce、二極管的電壓VF及IGBT集電極電流Ic等。
 
圖一右圖是雙脈沖測(cè)試的理想波形,圖中分別標(biāo)識(shí)了IGBT驅(qū)動(dòng)電壓Vge的波形、IGBT的集射極電壓Vce波形與IGBT的集電極電流Ic波形。
 
IGBT在t0~t3的時(shí)間段里先后開通關(guān)斷兩次,因此得名雙脈沖測(cè)試。
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖二:雙脈沖測(cè)試實(shí)際波形
 
雙脈沖測(cè)試原理詳解
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖三:t0≤t<t1階段
 
如圖三所示,在t0時(shí)刻,IGBT在第一個(gè)脈沖驅(qū)動(dòng)下開通,電感電流流經(jīng)IGBT。此時(shí)電感電流線性上升,電流的表達(dá)式為I=Vbus*Δt/L,測(cè)試時(shí)可根據(jù)實(shí)際的電流需求來調(diào)節(jié)電感量和脈沖的導(dǎo)通時(shí)間。
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖四:t1≤t<t2階段
 
如圖四所示,在t1時(shí)刻,IGBT關(guān)斷,由于整個(gè)回路的雜散電感以及二極管的瞬態(tài)導(dǎo)通電壓的存在,IGBT的集射極端會(huì)產(chǎn)生一定的電壓尖峰。待IGBT完全關(guān)斷,電感上的電流通過二極管續(xù)流而緩慢下降,若觀測(cè)此刻的電流,需要在二極管續(xù)流回路里增加電流探頭。
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖五:t2≤t<t3階段
 
如圖五所示,在t2時(shí)刻,IGBT第二次開通,此時(shí)由于二極管的反向恢復(fù)電流的存在,該電流和電感電流疊加流過IGBT。通過此刻疊加電流的觀測(cè),可以評(píng)估二極管的反向恢復(fù)特性,還可評(píng)估二極管的電壓應(yīng)力。
 
在t2<t<t3時(shí)間段,IGBT飽和導(dǎo)通,電感電流繼續(xù)增大,在實(shí)際雙脈沖測(cè)試時(shí)需要控制該脈沖的寬度。
 
在保證IGBT電壓和電流處在安全工作區(qū)內(nèi)的情況下,逐漸放大脈寬,以測(cè)試極限情況下各部分電路和器件的表現(xiàn)。
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖六:t≥t3階段
 
如圖六所示,在t3時(shí)刻,IGBT第二次關(guān)斷,此時(shí)電感電流達(dá)到最大值。
 
如前所述,由于整個(gè)回路的雜散電感以及二極管的瞬態(tài)導(dǎo)通電壓的存在,IGBT的ce端會(huì)產(chǎn)生一定的電壓尖峰。
 
待IGBT完全關(guān)斷后電感通過二極管續(xù)流,電流緩慢減小直至零。
 
雙脈沖測(cè)試可以評(píng)估哪些方面的問題
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
 
I型三電平雙脈沖測(cè)試
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖七:測(cè)試Q1-IGBT和D5二極管
 
如圖七所示,當(dāng)I型三電平工作在第一象限時(shí),測(cè)試對(duì)象為I型三電平拓?fù)渲蠶1和D5,測(cè)試時(shí)給Q1發(fā)雙脈沖驅(qū)動(dòng),Q2處于常通狀態(tài),Q3和Q4處于關(guān)斷狀態(tài),電感連接在母線的N端和橋臂輸出端,圖中標(biāo)紅的器件顯示了Q1導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的電流通路。
 
IGBT雙脈沖測(cè)試詳解
圖八:測(cè)試Q3管和D1二極管
 
如圖八所示,當(dāng)I型三電平工作在第2象限時(shí),測(cè)試對(duì)象為I型三電平拓?fù)渲蠶3和D1,測(cè)試時(shí)給Q3發(fā)雙脈沖驅(qū)動(dòng),Q2處于常通狀態(tài),Q4處于關(guān)斷狀態(tài),電感連接在N端和橋臂輸出端,圖中標(biāo)紅的器件顯示了Q3導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)的電流通路。
 
同理,通過改變驅(qū)動(dòng)位置和電感的接法,可以測(cè)試工作在第三象限和第四象限情況下的另外的IGBT和二極管。
 
 
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