IGBT双脉冲测试详解

电源设备硬件主功率部分的电路性能直接影响产品品质,但开发过程中,在样机测试阶段才能对其性能进行评测。有些公司为保证产品开发进度,仅采取不得已的补救措施,产品不仅非最优设计,甚至会给产品的质量埋下隐患。而我司在产品设计初期就采用IGBT双脉冲测试,提前对硬件电路设计进行多维度测试评估,在保证产品是最优设计的基础上,提高产品开发效率。

 

什么是双脉冲测试

 

IGBT双脉冲测试详解

图一:双脉冲测试平台电路及理想波形

 

图一左图是双脉冲测试平台电路,图中的IGBT和二极管是我们观测的主要对象,通过示波器来观测双脉冲电路中的波形数据,这些波形数据有:IGBT的驱动电压Vge、IGBT的集电极和发射极的电压Vce、二极管的电压VF及IGBT集电极电流Ic等。

 

图一右图是双脉冲测试的理想波形,图中分别标识了IGBT驱动电压Vge的波形、IGBT的集射极电压Vce波形与IGBT的集电极电流Ic波形。

 

IGBT在t0~t3的时间段里先后开通关断两次,因此得名双脉冲测试。

 

IGBT双脉冲测试详解

图二:双脉冲测试实际波形

 

双脉冲测试原理详解

 

IGBT双脉冲测试详解

图三:t0≤t<t1阶段

 

如图三所示,在t0时刻,IGBT在第一个脉冲驱动下开通,电感电流流经IGBT。此时电感电流线性上升,电流的表达式为I=Vbus*Δt/L,测试时可根据实际的电流需求来调节电感量和脉冲的导通时间。

 

IGBT双脉冲测试详解

图四:t1≤t<t2阶段

 

如图四所示,在t1时刻,IGBT关断,由于整个回路的杂散电感以及二极管的瞬态导通电压的存在,IGBT的集射极端会产生一定的电压尖峰。待IGBT完全关断,电感上的电流通过二极管续流而缓慢下降,若观测此刻的电流,需要在二极管续流回路里增加电流探头。

 

IGBT双脉冲测试详解

图五:t2≤t<t3阶段

 

如图五所示,在t2时刻,IGBT第二次开通,此时由于二极管的反向恢复电流的存在,该电流和电感电流叠加流过IGBT。通过此刻叠加电流的观测,可以评估二极管的反向恢复特性,还可评估二极管的电压应力。

 

在t2<t<t3时间段,IGBT饱和导通,电感电流继续增大,在实际双脉冲测试时需要控制该脉冲的宽度。

 

在保证IGBT电压和电流处在安全工作区内的情况下,逐渐放大脉宽,以测试极限情况下各部分电路和器件的表现。

 

IGBT双脉冲测试详解

图六:t≥t3阶段

 

如图六所示,在t3时刻,IGBT第二次关断,此时电感电流达到最大值。

 

如前所述,由于整个回路的杂散电感以及二极管的瞬态导通电压的存在,IGBT的ce端会产生一定的电压尖峰。

 

待IGBT完全关断后电感通过二极管续流,电流缓慢减小直至零。

 

双脉冲测试可以评估哪些方面的问题

 

IGBT双脉冲测试详解

 

I型三电平双脉冲测试

 

IGBT双脉冲测试详解

图七:测试Q1-IGBT和D5二极管

 

如图七所示,当I型三电平工作在第一象限时,测试对象为I型三电平拓扑中Q1和D5,测试时给Q1发双脉冲驱动,Q2处于常通状态,Q3和Q4处于关断状态,电感连接在母线的N端和桥臂输出端,图中标红的器件显示了Q1导通和关断时的电流通路。

 

IGBT双脉冲测试详解

图八:测试Q3管和D1二极管

 

如图八所示,当I型三电平工作在第2象限时,测试对象为I型三电平拓扑中Q3和D1,测试时给Q3发双脉冲驱动,Q2处于常通状态,Q4处于关断状态,电感连接在N端和桥臂输出端,图中标红的器件显示了Q3导通和关断时的电流通路。

 

同理,通过改变驱动位置和电感的接法,可以测试工作在第三象限和第四象限情况下的另外的IGBT和二极管。

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