雙脈沖試驗及注意事項對于電力電子工程師來說，功率元件是我們的設(shè)計對象，而IGBT由于其優(yōu)良的特性被廣泛應(yīng)用于功率元件。功率元件的效率、保護功能、EMC等性能與IGBT的應(yīng)用設(shè)計密切相關(guān)，不同的IGBT技術(shù)也造就了不同性能的IGBT產(chǎn)品。為了優(yōu)化和驗證元器件的性能，驗證不同IGBT的性能，我們引入了雙脈沖測試方法。通過這個工具，我們可以實現(xiàn)以下具體功能：

詳細(xì)了解IGBT參數(shù)，如Eon、Eoff、Tdon、Tdoff、Tr、Tf、貼片開關(guān)特性等。本次測試的意義在于驗證datasheet中的參數(shù)值，評估不同模塊的性能。

驅(qū)動電路的設(shè)計評估。 Rg、Cg和柵極電纜的選擇會影響柵極的波形、是否振蕩、dv/dt、di/dt等特性。此外，米勒鉗位、柵極鉗位、有源鉗位、軟關(guān)斷設(shè)計均可在此測試中進行評估。

熱設(shè)計參數(shù)檢查，通常的熱設(shè)計是根據(jù)規(guī)范中的Eon，Eoff，這些給出的值是根據(jù)具體的測試條件，由于模塊性能的優(yōu)化和平衡要求，實際的Eon，Eof是常與理論值不符。例如，由于EMC的要求，我們希望dv/dt、di/at越小，這就會導(dǎo)致Eon、Eoff越大。通過本次測試，我們將得到真實的Eon、Eoff值，使仿真更加逼真。系統(tǒng)雜散電感：模塊工作電壓在任何情況下都應(yīng)低于額定電壓，低溫時應(yīng)考慮降額。 IGBT的電壓峰值還取決于系統(tǒng)雜散電感、關(guān)斷時的di/dt、母排電壓等。通過本次測試可以評估系統(tǒng)允許的最大雜散電感，并可以比較不同母排的雜散電感.

Sink電路檢查：當(dāng)關(guān)斷峰值過大時，我們需要一個緩沖電路來降低峰值電壓。緩沖電路的形式、緩沖元件的電容、內(nèi)部電感和放置位置都會影響峰值電壓的大小。過流和短路保護電路檢查：本實驗需要檢查關(guān)斷峰值電壓、關(guān)斷時的柵極波形、短路電流、保護電路的動作時間，以及是否有振蕩。匯流排和交流排并聯(lián)設(shè)計：當(dāng)模塊需要并聯(lián)工作時，模塊的結(jié)溫與模塊的均流程度有關(guān)，這將導(dǎo)致模塊能否可靠工作，以及模塊的工作時間長短。生活是。整個系統(tǒng)的壽命取決于模塊最壞的工作條件狀態(tài)。不僅如此，多個模塊的并聯(lián)也對過流和短路保護的設(shè)計提出了挑戰(zhàn)。

如上圖所示，雙脈沖測試系統(tǒng)由直流電源、母線支撐電容、吸收電容、驅(qū)動電路、被測GBT、負(fù)載電感、示波器、電壓探頭和羅氏線圈組成。由于IGBT通常工作在高溫下，其性能與低溫下不同。我們還需要一塊熱板來了解IGBT在不同溫度下的特性。

上圖中，IGBT的上管在初始脈沖時截止，下管在接收到脈沖時導(dǎo)通，母線電壓通過負(fù)載電感L，與下管IGBT形成回路，而電感上的電流由于電壓的存在而上升，電感上的電流可由di=dt(U/L)得到。

同時母線電壓也可以調(diào)節(jié)，電感的大小和導(dǎo)通時間可以獲得不同的峰值電流。第一個脈沖結(jié)束時，IGBT關(guān)斷，電感上的電流繼續(xù)流經(jīng)上管的二極管。由于雜散電感的存在，電流不能突然變化，會在關(guān)機瞬間造成峰值電壓。關(guān)斷峰值電壓可由U=L*di/dt計算。

在第二個脈沖發(fā)出前，上管二極管處于續(xù)流導(dǎo)通狀態(tài)。第二個脈沖發(fā)出后，上管的二極管反向恢復(fù)，這個電流會流過下管，而電感電流繼續(xù)上升，關(guān)斷時下管會出現(xiàn)較大的電壓尖峰.如果需要觀察二極管的反向恢復(fù)特性，需要觀察脈沖導(dǎo)通時的波形。

下圖是實測雙脈沖波形：

雙脈沖測試設(shè)備

用戶可以購買或制作自己的雙脈沖測試平臺，包括以下部分：

直流電源：所有配置的直流電源電壓應(yīng)大于模塊的額定電壓。由于負(fù)載是短時脈沖，直流電源一般在1KW左右。低壓驅(qū)動電源：如果驅(qū)動核有隔離穩(wěn)壓功能，可選用24V輸入，電流1A左右的可調(diào)穩(wěn)壓電源，根據(jù)需要調(diào)節(jié)功率輸出。驅(qū)動核心。如果驅(qū)動電路沒有隔離和穩(wěn)壓功能，則低壓電源應(yīng)具有此功能。隔離電壓大于模塊額定電壓的兩倍，電壓輸出精度在正負(fù)0.2V以內(nèi)。

母線支撐電容：當(dāng)IGBT開關(guān)時，能量由電容提供。通常被測IGBT模塊的電流約為幾安培到兩千安培，相應(yīng)的電容在幾百微法到幾毫法之間線性選擇。直流母線：平臺測試設(shè)備針對不同的功率元件，每個元件的母線電感不同。為了模擬不同元件的母線電感，平臺中的直流母線可以做成可調(diào)電感形式。更好的方法是使端子與模塊接觸的長度可調(diào)。

電感：電感在系統(tǒng)中有兩個作用，一個是作為負(fù)載調(diào)節(jié)輸出電流，觀察模塊在不同電流下的開關(guān)狀態(tài)等，另一個作用是模擬不同的工作狀態(tài)，比如短路電纜的長度，該電感在大電流下無需飽和，一般制成帶空心抽頭的可調(diào)電感?？烧{(diào)電感范圍通常在幾十納亨到幾微亨左右。

熱板：模塊的開關(guān)特性與溫度有關(guān)。例如，125度時的開關(guān)損耗是25度時的1.38倍。詳細(xì)解釋請參考賽米控應(yīng)用技術(shù)手冊第279頁，或中文版第292頁。在驗證IGBT在不同溫度下的性能時，可以用萬用表檢測內(nèi)部NTC或PTC溫度，以確認(rèn)芯片已達到要求的溫度。

雙脈沖發(fā)生器：雙脈沖發(fā)生器可以提供測試測試信號需要獨立控制脈沖寬度和脈沖間隔。

密閉柜及卸料裝置：保護。

驅(qū)動電路：盡量選擇被測模塊實際使用的驅(qū)動核。由于不同驅(qū)動核的推挽電路性能不同，在相同的柵極配置下可能會出現(xiàn)不同的柵極特性。

示波器和探頭：用于測試柵極電壓的差分低壓探頭，用于測試CE和Rogowski線圈之間用于測試電流的峰值電壓的差分高壓探頭。使用實際功率元件作為測試平臺標(biāo)準(zhǔn)的雙脈沖測試平臺更適合比較不同模塊的性能參數(shù)，但IGBT實際工作在組件中，系統(tǒng)的雜散電感，驅(qū)動電路等與標(biāo)準(zhǔn)測試平臺不一致，要評估組件中IGBT的實際性能，可在實際組件中進行雙脈沖測試，使測試結(jié)果更接近實際情況。用戶只需更改軟件即可實現(xiàn)該功能。

測試注意事項

安裝測試系統(tǒng)或接觸IGBT模塊時，佩戴防靜電腕帶并確認(rèn)保護有效。

根據(jù)測試目的選擇合適的測試平臺。例如，最好測試元件中的Eon和Eoff，因為系統(tǒng)的雜散電感更接近實際工作情況。

為獲得準(zhǔn)確的測試數(shù)據(jù)，測試設(shè)備必須定期由專業(yè)檢測機構(gòu)進行校準(zhǔn)，尤其是測試探頭。

準(zhǔn)確的測試需要將示波器預(yù)熱10-20分鐘，這樣采樣數(shù)據(jù)才準(zhǔn)確。

在測試過程中，應(yīng)注意干擾可能導(dǎo)致測試不準(zhǔn)確。測試探針的放置有很大的影響。它可以垂直于被測設(shè)備并遠離大的di/dt、dv/dt噪聲。測試時探頭應(yīng)扭轉(zhuǎn)。減少共模噪聲的干擾。測試脈沖寬度應(yīng)考慮IGBT允許的最窄脈沖。如果脈沖太窄，內(nèi)部載波不穩(wěn)定，會導(dǎo)致模塊振蕩等異?，F(xiàn)象。通常窄脈沖限制在4us以上。

被測器件中不工作的IGBT應(yīng)鉗位至負(fù)電壓或柵極與發(fā)射極短接，否則因噪聲干擾或米勒效應(yīng)等會誤導(dǎo)pass模式快。如下圖所示，大的dv/dt導(dǎo)致電流通過米勒電容流向柵極，在柵極和發(fā)射極阻抗上產(chǎn)生壓降，這可能會導(dǎo)通IGBT。

大功率模塊測試需要的電流比較大。這時要注意母線電壓的下降。應(yīng)提高母線的輸入電壓，以補償脈沖測試時的壓降，以免影響測試結(jié)果。由于模塊中雜散電感的存在，輔助端在測試IGBT關(guān)斷峰值時更接近芯片的實際峰值電壓。短路測試時脈沖寬度不能高于10us，這樣即使10us內(nèi)保護電路沒有關(guān)斷模塊，雙脈沖測試設(shè)備也會關(guān)斷。 - 一般不會被銷毀。柵極電纜的長度對測試結(jié)果有影響，它會導(dǎo)致柵極波形發(fā)生變化，而柵極波形會影響損耗和短路電流等參數(shù)，因此電纜長度應(yīng)接近實際工作測試期間的條件。 IGBT允許的最大工作峰值電流為額定電流的兩倍，除短路測試外，實測電流不應(yīng)超過模塊額定電流的兩倍。

由于IGBT內(nèi)部布局的不同，上下管的雜散參數(shù)不同。這些差異會反映出上下管特性的不一致，因此在雙脈沖測試時應(yīng)分別對上下管進行測試。

關(guān)于是否加緩沖電容，如果是為了驗證模塊的性能，是不需要加緩沖電容進行測試的。在驗證組件的性能時，將模塊放入組件中進行測試。此時必須與組件的實際設(shè)置一致。如果該組件實際上與吸收電容器一起工作，則需要添加它。

系統(tǒng)中存在強干擾和不同參考電位，盡量采用光纖作為雙脈沖發(fā)生器與驅(qū)動器的接口。

安全須知

由于系統(tǒng)中的高電壓，測試人員需要在被允許進行測試之前接受培訓(xùn)。

測試人員需配備防護用品，如絕緣鞋、防護眼鏡等。

雙脈沖測試至少需要兩人同時進行。

雙脈沖平臺應(yīng)有緊急斷電裝置。

雙脈沖測試平臺機柜、高壓電源和示波器應(yīng)可靠接地，否則有觸電危險。

電容器組應(yīng)有強制放電裝置。

每次打開測試平臺調(diào)整設(shè)置或拆卸模塊時，應(yīng)使用萬用表檢查系統(tǒng)是否完全放電。

母線電壓充電前，先給低壓系統(tǒng)上電，用雙脈沖測試設(shè)備測試脈沖，確認(rèn)驅(qū)動板工作正常。確認(rèn)無誤后，將輸出電壓由低調(diào)至高，將輸出脈沖由短調(diào)至長，每次測試完成后將高壓電源電壓和脈沖寬度復(fù)位為0。

試驗前，試驗者應(yīng)交叉檢查接線是否正確。

上電時，驅(qū)動器必須先上電，斷電時，主電源必須先斷電，然后降為0才允許驅(qū)動器斷電，否則門極可能會誤導(dǎo)通不受控制的狀態(tài)。

以上雙脈沖試驗及注意事項由普科科技/PRBTEK整理分享， 西安普科電子科技有限公司致力于示波器測試附件配件研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，涵蓋產(chǎn)品包含電流探頭、差分探頭、高壓探頭、無源探頭、電源紋波探頭、柔性電流探頭、近場探頭、邏輯探頭、功率探頭和光探頭等。旨在為用戶提供高品質(zhì)的探頭附件，打造探頭附件國產(chǎn)化知名品牌。

審核編輯 黃宇