雜散電感對IGBT開關(guān)過程的影響(2)

3 實驗測量

3.1 測量條件

作為對以上分析的驗證，我們在自制半導(dǎo)體功率開關(guān)元件測試平臺上進行了對比測試，測試條件如表1：

3.2 主回路雜散電感和驅(qū)動電阻變動情況下的測量結(jié)果

為驗證對主回路雜散電感效應(yīng)的分析并考察不同電感量以及門極驅(qū)動情況下的實際情況，我們?nèi)藶閷p 大小進行了干預(yù)，其具體方法是在D 的陰極與電路PCB 之間（即Lp2 與Lc1之間）加入長度可調(diào)的導(dǎo)線，用試湊辦法得到期望的附加電感量。對于電路等效Lp值的確定，可以參考測試波形，選取關(guān)斷期間數(shù)據(jù)讀取，容易獲得較準確的ΔV1 以及dioff /dt 數(shù)值，按公式(1)可簡單估算，此外讀取ΔV2 以及dion /dt，按公式(2)估算也是一樣的效果。圖4 選取了其中兩個極端作為例子：

(a)關(guān)斷波形（Lp=36μH） (b) 開通波形（Lp=36μH）

(c)關(guān)斷波形（Lp=264μH）(d)開通波形（Lp=264μH）

圖 4 驅(qū)動電阻取5.1 歐姆時不同雜散電感下開關(guān)波形

雜散電感在上述兩極端之間取值5 組，測試情況如圖5 所示。

(a)關(guān)斷集電極電流波形 (b) 開通集電極電流波形

(c)關(guān)斷管電壓波形 (d) 開通管電壓波形

圖 5 驅(qū)動電阻取5.1 歐姆時不同雜散電感下開關(guān)電壓電流波形

由于測試重點是開關(guān)損耗，所以加入門極驅(qū)動變量進行擾動，可獲得不同線路雜散電感、不同門極驅(qū)動電阻下開通損耗、關(guān)斷損耗以及開關(guān)總損耗數(shù)據(jù)，總結(jié)如圖6。正如先前預(yù)計的，主回路雜散電感的增加會增大器件關(guān)斷損耗，減小器件開通損耗。與門極驅(qū)動電阻越大，開關(guān)速度越慢，開關(guān)損耗越大的趨勢一起，構(gòu)成了數(shù)據(jù)圖形的總趨勢。其中值得注意的一些細節(jié)是：雜散電感對關(guān)斷損耗的影響在驅(qū)動電阻較小時不甚明顯，驅(qū)動電阻越大影響越大；雜散電感對開通損耗的影響則是驅(qū)動電阻小的時候影響明顯，驅(qū)動電阻變大后其削減效應(yīng)從絕對值到百分比都下降；雜散電感增加導(dǎo)致關(guān)斷損耗增加和開通損耗降低相抵，總損耗增加或減少的情況都有，并無十分明確規(guī)律。

(a)關(guān)斷損耗

(b)開通損耗

(c)開關(guān)損耗

圖 5 不同驅(qū)動電阻與不同雜散電感下的開關(guān)損耗

3.3 發(fā)射極雜散電感和驅(qū)動電阻變動情況下的測量結(jié)果

正如前面提到的，因為測量點位置，測試平臺上有三個雜散電感的效應(yīng)沒有被體現(xiàn)到測試結(jié)果中，但是其中發(fā)射極電感Le2 尤其具有明顯影響，它通過驅(qū)動回路產(chǎn)生的效應(yīng)甚至遠遠超過主回路。為驗證分析，我們采用了類似調(diào)節(jié)Lp 的辦法，人為在DUT 管腳上加入了導(dǎo)線來模擬不同數(shù)值的雜散電感。模擬情況如圖6所示。

圖 6 不同發(fā)射極雜散電感的模擬情況

其中L1的情況可認為近似元件手冊中標稱的引線電感，約13nH，L2 則保留了發(fā)射極管腳，增加了微量電感，L3、L4 外接了較多導(dǎo)線，使用外部儀器粗略測量，L3 約40nH，L4 約80nH。應(yīng)該指出的是這么大的Le2 并非有什么工程實踐背景，只是為了驗證測試和探索極限情況下的數(shù)據(jù)趨勢。

(a)電流關(guān)斷情況 (b)電流開通情況

(c)電壓關(guān)斷情況 (d)電壓開通情況

圖 7 相同驅(qū)動電阻與不同發(fā)射極雜散電感下的開關(guān)波形

從圖 7 可以看到，在同樣驅(qū)動條件下（驅(qū)動電阻51 歐姆），各不同Le2 得到不同的開關(guān)電壓電流波形，其中電壓波形從形狀上差別不大（該圖為比較形狀繪制，沒有采用同樣的時間起點），電流波形差異明顯，大的Le2 導(dǎo)致明顯緩慢的電流上升/下降，而L1 與L2 的情況因為數(shù)值差異小，所以波形差異也很小。圖 8 列出了不同驅(qū)動條件下的開關(guān)損耗情況。與預(yù)計相吻合，發(fā)射極雜散電感對兩種開關(guān)損耗都是增加的效應(yīng)，因此三個圖都呈現(xiàn)嚴格的單調(diào)遞增特性。

(a)關(guān)斷損耗

(b)開通損耗

(c)開關(guān)損耗

圖 8 不同驅(qū)動電阻與不同雜散電感下的開關(guān)損耗

4 結(jié)論

本文根據(jù)實際IGBT器件感性負載測試平臺建立了雜散電感分布模型，從理論上分析了不同位置分布參數(shù)對不同種類開關(guān)指標的影響，并以對比性實驗測試數(shù)據(jù)驗證了分析結(jié)論。分析和測試表明，以上分布寄生參數(shù)的變動對測試結(jié)果會有大幅度影響，從而顯著影響到測試結(jié)果的精度。并可以通過參照實際實驗結(jié)果進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計。