IGBT開關(guān)參數(shù)&雙脈沖測(cè)試波形詳解

看過上篇的小伙伴想必已經(jīng)明白了雙脈沖測(cè)試的測(cè)試電路及原理，接下來我們對(duì)IGBT雙脈沖測(cè)試的測(cè)量參數(shù)及波形進(jìn)行分析。

IGBT開關(guān)參數(shù)定義

通過雙脈沖測(cè)試，可以得到IGBT的各項(xiàng)開關(guān)參數(shù)。

圖1 IGBT開關(guān)參數(shù)定義

如圖1所示，IGBT開關(guān)參數(shù)的定義如下：

開通延遲時(shí)間（td on）：IGBT開通時(shí)，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(shí)間被定義為開通延遲時(shí)間。

開通上升時(shí)間（tr）：IGBT開通時(shí)，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(shí)間被定義為開通上升時(shí)間。

關(guān)斷延遲時(shí)間（td off）：IGBT關(guān)斷時(shí)，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(shí)間被定義為關(guān)斷延遲時(shí)間。

關(guān)斷下降時(shí)間（tf）：IGBT關(guān)斷時(shí)，集電極電流從Ic的90%下降到Ic的10%為止，這一段時(shí)間被定義為關(guān)斷下降時(shí)間。

開通損耗（Eon）：IGBT在一個(gè)單脈沖開啟過程中內(nèi)部耗散的能量。即對(duì)時(shí)間的積分，積分時(shí)間自集電極電流上升至Ic的10%的時(shí)刻起,至集電極-發(fā)射極電壓下降至Vce的2%為止（不同廠商對(duì)該百分比有不同定義，這里參照英飛凌標(biāo)準(zhǔn)）。如圖1所示，具體計(jì)算公式如下：

關(guān)斷損耗（Eoff）：IGBT在一個(gè)單脈沖中，關(guān)斷過程中內(nèi)部耗散的能量。即對(duì)時(shí)間的積分，積分時(shí)間自集電極-發(fā)射極電壓上升至Vce的10%的時(shí)刻起,至集電極電流下降至Ic的2%為止（不同廠商對(duì)該百分比有不同定義，這里參照英飛凌標(biāo)準(zhǔn)）。如圖1所示，具體計(jì)算公式如下：

雙脈沖測(cè)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(lán)線）:Ic

圖2 IGBT開通波形

如圖2所示為IGBT實(shí)測(cè)開通波形（二次開通時(shí)），需要關(guān)注的信息如下：

（1）Vce電壓變化情況

    在IGBT正常開通波形中，當(dāng)Ic開始上升時(shí)，Vce略有下降（如圖中橙線所示），下降到一定數(shù)值后保持不變，此時(shí)Vce的下降值由雜散電感Ls及di/dt決定，即

（可通過該方法計(jì)算線路的雜散電感大?。?；當(dāng)Ic上升到最大值時(shí)，Vce開始迅速下降。

（2）二極管的反向恢復(fù)電流的di/dt

    續(xù)流過程中di/dt由外部電路決定，反向恢復(fù)過程中的di/dt由二極管決定（詳細(xì)分析見下篇）。

（3）二極管的反向恢復(fù)電流的峰值

    二極管反向恢復(fù)電流的峰值決定了Ic的尖峰值的大小。

（4）電流拖尾震蕩問題

觀察反向恢復(fù)后電流是否有震蕩，拖尾有多長(zhǎng)。拖尾震蕩情況將影響IGBT的實(shí)際使用頻率。

2、IGBT關(guān)斷波形分析

C1通道（黃線）:Vce、 C2通道（紫線）:Vge、 C3通道（藍(lán)線）:Ic

圖3 IGBT關(guān)斷波形

如圖3所示為IGBT實(shí)測(cè)關(guān)斷波形（第一次關(guān)斷時(shí)），需要關(guān)注的信息如下：

（1）關(guān)斷瞬間的電流值

實(shí)測(cè)過程中，通過對(duì)脈沖寬度的控制，使關(guān)斷瞬間的電流達(dá)到被測(cè)IGBT的標(biāo)稱值，從而進(jìn)行IGBT相關(guān)關(guān)斷參數(shù)的測(cè)量與計(jì)算。

（2）Vce的變化速率

關(guān)斷過程中dv/dt大小通常用于評(píng)估IGBT的性能，這個(gè)參數(shù)越大，說明能承受的增量越強(qiáng)。同時(shí)參數(shù)越大，IGBT器件應(yīng)用時(shí)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(gè)尖峰，可以評(píng)估IGBT在關(guān)斷時(shí)的安全程度。Vce尖峰一般都客觀存在，在短路或者過載時(shí)，這個(gè)尖峰會(huì)達(dá)到最高值，比正常工作時(shí)要高得多，通常可以使用有源鉗位電路進(jìn)行抑制。

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