1 簡介
IGBT的開關(guān)損耗特性研究對
IGBT變流器設(shè)計(jì)具有重要的意義,在有結(jié)構(gòu)緊湊性要求或可靠性要求較高或散熱條件特殊的場合,都需要嚴(yán)格按器件損耗特性進(jìn)行大余量熱設(shè)計(jì)以保證IGBT及
IGBT變流器的溫升在長期可靠性運(yùn)行所允許的范圍之內(nèi)。
IGBT 是主流中大容量/中高速器件,開關(guān)損耗特性研究得到一貫重視。作為典型MOS門極壓控器件,其開關(guān)損耗主要決定于開關(guān)工作電壓、電流、溫度以及門極驅(qū)動(dòng)情況等因素,系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如主回路
雜散電感會(huì)影響IGBT的開關(guān)特性,進(jìn)而影響開關(guān)損耗,任何對其開關(guān)性能的研究都必然建立在實(shí)驗(yàn)測試基礎(chǔ)之上,并在實(shí)際設(shè)計(jì)中盡量優(yōu)化以降低變流回路
雜散電感。
(a) 測試電路原理圖
(b) 測試波形原理圖
圖1 功率開關(guān)開關(guān)性能測試平臺(tái)原理
圖1是典型的IGBT 開關(guān)特性測試平臺(tái)工作原理,其基本形式是用IGBT、二極管、電感、直流電源組成斬波器,模擬各種開關(guān)工作狀態(tài),用于測試,電路如圖1(a)。其中DUT 是被測試的帶反并聯(lián)二極管IGBT(Device Under Test),與完全相同的IGBT 組成一個(gè)橋臂,再串聯(lián)以同軸電流傳感器(Coaxial Shunt),跨于直流母線與參考電位(地電位)之間。DUT 的對管門極反偏以確保可靠阻斷,這使得它僅僅擔(dān)當(dāng)一個(gè)二極管(D)的角色,用以續(xù)流,而電感L跨接在橋臂中點(diǎn)與母線上,作為斬波器的負(fù)載。DUT 的門極驅(qū)動(dòng)則受控可調(diào),一般按雙脈沖形式組織,如圖1(b)所示。在直流母線可用前提下,從
t0 時(shí)刻開始DUT 被觸發(fā)導(dǎo)通,直流電壓施加于電感L 上,使得其電流從零開始線性上升,到時(shí)刻
t1,DUT 電流(亦即電感電流)上升到所希望的測試值,關(guān)斷DUT,可進(jìn)行關(guān)斷特性紀(jì)錄測量。DUT 的阻斷維持到
t2 時(shí)刻,期間電感電流通過對管反并二極管續(xù)流,有輕微能量損失在續(xù)流二極管以及線圈電阻上,這一時(shí)間間隔程度選擇必須足夠長以滿足關(guān)斷性能測試的最短時(shí)間要求,同時(shí)又應(yīng)該盡量短以減少電感電流因續(xù)流損耗而下降的幅度。
t2 時(shí)刻DUT 再次開通,此時(shí)可在與
t2 時(shí)刻類似的電壓電流條件下進(jìn)行器件開通特性測試。第二次導(dǎo)通持續(xù)到時(shí)刻
t3,時(shí)間間隔因在滿足開通測試穩(wěn)定前提下盡量短,此后電感電流續(xù)流到自然衰減為零。類似電路應(yīng)該具備母線電壓調(diào)整功能、器件結(jié)溫控制功能以及DUT 門極驅(qū)動(dòng)條件調(diào)節(jié)能力、電壓電流數(shù)據(jù)采集能力等等。幾乎所有的器件廠商提供的開關(guān)特性數(shù)據(jù)都是基于以上結(jié)構(gòu)、原理測試獲得的。