看過上篇( )的小夥伴想必已經明白了雙脈衝測試的測試電路及原理,接下來我們對IGBT雙脈衝測試的測量參數及波形進行分析。
IGBT開關參數定義
通過雙脈衝測試,可以得到IGBT的各項開關參數。
如圖1所示,IGBT開關參數的定義如下:
開通延遲時間(td on):IGBT開通時,從柵極電壓為Vge的10%開始,到集電極電流上升至Ic的10%為止,這一段時間被定義為開通延遲時間。
開通上升時間(tr):IGBT開通時,從集電極電流上升至Ic的10%開始,到集電極電流上升至Ic的90%為止,這一段時間被定義為開通上升時間。
關斷延遲時間(td off):IGBT關斷時,從柵極電壓為Vge的90%開始,到集電極電流下降到Ic的90%為止,這一段時間被定義為關斷延遲時間。
關斷下降時間(tf):IGBT關斷時,集電極電流從Ic的90%下降到Ic的10%為止,這一段時間被定義為關斷下降時間。
開通損耗(Eon):IGBT在一個單脈衝開啟過程中內部耗散的能量。即對時間的積分,積分時間自集電極電流上升至Ic的10%的時刻起,至集電極-發射極電壓下降至Vce的2%為止(不同廠商對該百分比有不同定義,這裡參照英飛凌標準)。如圖1所示,具體計算公式如下:
關斷損耗(Eoff):IGBT在一個單脈衝中,關斷過程中內部耗散的能量。即
對時間的積分,積分時間自集電極-發射極電壓上升至Vce的10%的時刻起,至集電極電流下降至Ic的2%為止(不同廠商對該百分比有不同定義,這裡參照英飛凌標準)。如圖1所示,具體計算公式如下:
雙脈衝測試波形分析
1、IGBT開通波形分析
C1通道(黃線):Vce、 C2通道(紫線):Vge、 C3通道(藍線):Ic
如圖2所示為IGBT實測開通波形(二次開通時),需要關注的信息如下:
(1)Vce電壓變化情況
在IGBT正常開通波形中,當Ic開始上升時,Vce略有下降(如圖中橙線所示),下降到一定數值後保持不變,此時Vce的下降值由雜散電感Ls及di/dt決定,即
(可通過該方法計算線路的雜散電感大小);當Ic上升到最大值時,Vce開始迅速下降。
(2)二極管的反向恢復電流的di/dt
續流過程中di/dt由外部電路決定,反向恢復過程中的di/dt由二極管決定(詳細分析見下篇)。
(3)二極管的反向恢復電流的峰值
二極管反向恢復電流的峰值決定了Ic的尖峰值的大小。
(4)電流拖尾震盪問題
觀察反向恢復後電流是否有震盪,拖尾有多長。拖尾震盪情況將影響IGBT的實際使用頻率。
2、IGBT關斷波形分析
C1通道(黃線):Vce、 C2通道(紫線):Vge、 C3通道(藍線):Ic
如圖3所示為IGBT實測關斷波形(第一次關斷時),需要關注的信息如下:
(1)關斷瞬間的電流值
實測過程中,通過對脈衝寬度的控制,使關斷瞬間的電流達到被測IGBT的標稱值,從而進行IGBT相關關斷參數的測量與計算。
(2)Vce的變化速率
關斷過程中dv/dt大小通常用於評估IGBT的性能,這個參數越大,說明能承受的增量越強。同時參數越大,IGBT器件應用時損耗越小,其能承受的工作頻率越高。
(3)Vce的峰值
Vce的電壓尖峰,是直流母線雜散電感Ls與di/dt的乘積,通過觀察這個尖峰,可以評估IGBT在關斷時的安全程度。Vce尖峰一般都客觀存在,在短路或者過載時,這個尖峰會達到最高值,比正常工作時要高得多,通常可以使用有源鉗位電路進行抑制。
閱讀更多 橘子說IGBT 的文章