IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

1、 雙脈衝測試和單脈衝測試內容

(1)通過雙脈衝測試的是動態參數,以及附加測試的附帶參數

①下面是IGBT的測試參數列表

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

IGBT測試項




②下面是IGBT反並二極管的測試參數列表

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

二極管測試項

(2)單脈衝測試,短路測試

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

短路數據

2、 解釋雙脈衝測試波形示意圖

(1)引用標準:IEC-60747-9-2007,雙脈衝測試的開通特性和關斷特性定義

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

國際定義波形參數

關注開通和關斷的動態過程,靜態過程對非並聯模塊的系統我們不去關注,只有並聯模塊的系統我們也要關注靜態均流

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

均流波形圖

(2)波形分解,對IEC-60747-9-2007定義波形進行拆解,這裡我們不考慮"脈衝發生器"通過驅動的引起的延時。

實際中,驅動電路對信號會引起延時

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

信號延時波形圖

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

模塊和驅動器

脈衝發生器發出雙脈衝

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

波形關係

3、 雙脈衝時間選擇

(1)我們設置的測試時間是,通過雙脈衝中第一個時間(T1)脈寬將電流加到目標最大關斷值,然後選擇二極管續流時間(T2),即開關管關斷時間,最後選擇第二脈衝開通時間(T3)。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

上管雙脈衝測試圖

(2)時間選擇原則,最小開通時間說明,由於半導體載流子導電原理可知,當IGBT或者二極管剛開始開通時,內部不會立即充滿載流子。在建立導電狀態的過程中如果關斷管子,管子就會發生電流變化率di/dt增加的可能性。

我們知道電流變化率和雜散電感就是感應電壓(L*di/dt),在開關管兩端就是關斷尖峰。對二極管來說還意味著反向恢復電流的增加。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

關斷尖峰

這個現象的發生是幾個因素的綜合結果,它取決於芯片的工藝技術。電壓等級和負載電流。

關於IGBT和二極管最小開通時間,沒有統一結論,實際當中建議5us到10us,對於低中壓IGBT(常見的是600V到1700V)數據手冊不會標識最小開通時間;但是對於高壓IGBT模塊,手冊會標識二極管的最小開通時間。如下是英飛凌高壓IGBT模塊FZ750R65KE3對二極管最小開通時間的說明。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

高壓模塊的二極管

(2) 計算雙脈衝脈衝時間,配合脈衝發生器和可調電感選擇電感

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

雙脈衝圖

舉例,以FF1400R12IP4型號的IGBT模塊為例,我們最大的關斷電流2800A,電壓控制在最大值1200V內。

判斷安全性:我們知道,在T1和T3是電流的增長時間,先計算T1和T3的和,然後分配T1和T3的時間。避免電流過大引起管子損壞的情況

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

從①推導②

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

實際中我們可以通過脈衝時間控制電流,結合最大反偏工作區(RBSOA)來評估保證小於等於二倍關斷電流的時間,因為實際種我們不知道我們將要測試的模組雜散電感情況,因而很難判斷關斷電壓,如下,假設工作母線800V,模塊依舊是英飛凌的FF1400R12IP4模塊。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

計算第一個時間T1,假設母線電壓為800V,選擇的負載電感為100uH,最大關斷電流是1000A,不考慮波形傳輸引起的失真。那麼要想達到1000A的電流,開通第一個脈衝時間"T1"計算如下

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

確定T2二極管續流時間,上面我們確定了T1,由於續流電壓很小(如下是FF1400R12IP4的二極管導通VF值)

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

二極管正向壓降

再忽略線路內阻,續流過程中T1結束達到的電流幾乎不會改變,如下測試波形

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

負載雙脈衝波形

根據上面最小導通時間,我們設置T2在沒有要求的情況下選擇大於5~10us。

確定時間T3,T3我們關注的是開通過程,時間還是依據最小導通時間去選擇,同T2,記住不要超過反向安全工作區"RBSOA"。

實際過程如果沒有達到你的要求電流,使用脈衝發生器可以調節時間來補償測試要求。

開始雙脈衝前測試注意:

使用低壓和小脈衝,比如5us~10us,電壓可以先加30~50V,測試觀察測試門極波形,電流趨勢以及集電極-射極電壓是否正確,確認無誤後再進行測試。這些措施是為了防止接錯線,探頭接法不正確等問題,確保人和設備安全。


回顧知識:

反偏安全工作區,此參數描述了IGBT在關閉時的安全工作條件,如果不超過開關條件下的芯片最高溫度,芯片可以在其指定的阻斷電壓範圍內到其額定電流額定值的兩倍。模塊的安全工作區被模塊內部雜散電感和最高結溫所限制。隨著電流的增加,允許的直流母線電壓降低。此外,這種降額強烈依賴於系統相關參數,如直流母線的雜散電感和電流開關轉換過程中的換相斜率。電流換相斜率是通過指定的柵極電阻和柵極驅動電壓來決定的(di/dt的斜率)。在任何情況下,電壓尖峰不得超過模塊端子的規定電壓或在芯片級保持在RBSOA內。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

RBSOA

從上面的規格和反偏安全工作區(RBSOA可知)我們知道,模塊在選定工作條件的情況下,最大電壓VCES=1200V下,由於雜散電感的問題,模塊接線端子(圖中Ic,Modul,如下圖模塊8/9/10/11/12是模塊外部的接線端子)集電極和發射極電壓在大約1100V內可以工作在2倍的模塊額定電流,IGBT模塊內部芯片可工作範圍更寬。

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

半橋模塊封裝

反偏工作區"RBSOA"(這裡是一個區域,是個關斷的過程,不能超出這個區域)示意圖

IGBT開關特性測試參數總覽和雙脈衝測試方法

模塊和芯片級RBSOA


分享到:


相關文章: