离线式IGBT开关特性测试技术综述
IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法
IGBT的工作原理和作用以及IGBT管的检测方法IGBT的工作原理和作用IGBT就是一个开关，非通即断，如何控制他的通还是断，就是靠的是栅源极的电压，当栅源极加+12V（大于6V，一般取12V到15V）时IGBT 导通，栅源极不加电压或者是加负压时，IGBT关断，加负压就是为了可靠关断。
IGBT没有放大电压的功能，导通时可以看做导线，断开时当做开路。
IGBT有三个端子，分别是G，D，S，在G和S两端加上电压后，内部的电子发生转移（半导体材料的特点，这也是为什么用半导体材料做电力电子开关的原因），本来是正离子和负离子一一对应，半导体材料呈中性，但是加上电压后，电子在电压的作用下，累积到一边，形成了一层导电沟道，因为电子是可以导电的，变成了导体。
如果撤掉加在GS两端的电压，这层导电的沟道就消失了，就不可以导电了，变成了绝缘体。
IGBT的工作原理和作用电路分析IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知，若在IGBT 的栅极和发射极之间加上驱动正电压，则MOSFET导通，这样PNP晶体管的集电极与基极之间成低阻状态而使得晶体管导通；若IGBT的栅极和发射极之间电压为0V，则MOSFET截止，切断PNP晶体管基极电流的供给，使得晶体管截止。
图1 IGBT的等效电路由此可知，IGBT的安全可靠与否主要由以下因素决定：--IGBT栅极与发射极之间的电压；--IGBT集电极与发射极之间的电压；--流过IGBT集电极-发射极的电流；--IGBT的结温。
如果IGBT栅极与发射极之间的电压，即驱动电压过低，则IGBT不能稳定正常地工作，如果过高超过栅极-发射极之间的耐压则IGBT可能永久性损坏；同样，如果加在IGBT集电极与发射极允许的电压超过集电极-发射极之间的耐压，流过IGBT集电极-发射极的电流超过集电极-发射极允许的最大电流，IGBT的结温超过其结温的允许值，IGBT都可能会永久性损坏。
绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）IGBT管的好坏检测IGBT管的好坏可用指针万用表的Rxlk挡来检测，或用数字万用表的二极管挡来测量PN结正向压降进行判断。
IGBT 功率模块封装失效机理及监测方法综述
1 引言2060 年中国将实现“碳中和”的目标，高效利用绿色能源是实现这一目标的重要途径。
功率模块是实现绿色能源转换的重要部件，绝缘栅门极晶体管( Insulated Gate Bipolar Translator，IGBT) 作为使用频率最高的电源转换芯片，是出现故障频率最高的器件，其失效机理及检测方式被大量研究。
可靠的封装为芯片工作提供稳定的电气连接、良好的绝缘性能和充分的抗干扰能力，是IGBT 功率模块可靠性的重要组成部分。
现在被主流使用的封装形式有焊接型和压接型封装。
两种封装结构在功率密度、串并联能力、制造费用、封装可靠性和散热能力等方面有所不同，其性能对比如图 1 所示。
由于压接型封装具有双面冷却和失效自短路效应，其在散热、可靠性及串联能力上优于焊接型封装，因此被广泛用于高功率密度场合，如高压电网和高功率机械设备，但封装复杂笨重。
焊接型封装结构因其制造工艺简单、成本低和并联能力强被广泛使用在中低功率密度场合，如消费电子、汽车电子。
两种封装结构导致了不同的失效机理，但其本质多是IGBT 芯片工作产生的热量未即时耗散，引起温度梯度，最终导致的封装材料疲劳致使失效。
因此，本文首先对两种IGBT 功率模块封装结构及失效机理进行阐述，然后对IGBT 功率模块封装失效监测方法进行了分析，最后提出IGBT 功率模块封装可靠性及失效监测存在的问题和发展方向。
2 IGBT 功率模块封装结构及失效机理2. 1 焊接型IGBT 功率模块封装结构及失效机理2. 1. 1 焊接型IGBT 功率模块封装结构自1975 年，焊接型IGBT 功率模块封装被提出，便被广泛使用，其典型封装结构如图 2 所示。
其中，直接覆铜陶瓷板( Direct Bonded Copper，DBC)由上铜层、陶瓷板和下铜层组成，其一方面实现对IGBT 芯片和续流二极管的固定和电气连接，另一方面形成了模块散热的主要通道。
欲加入IGBT交流群，加VX：tuoke08。
IGBT开关的导通与关断特性
IGBT开关的导通与关断特性.txt什么叫乐观派？这个。
就象茶壶一样，屁股被烧得红红的，还有心情吹口哨。
生活其实很简单，过了今天就是明天。
一生看一个女人是不科学的，容易看出病来。
IGBT开关的导通与关断特性IGBTIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)，绝缘栅极型功率管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式电力电子器件。
应用于交流电机、变频器、开关电源、照明电路、牵引传动等领域IGBT是强电流、高压应用和快速终端设备用垂直功率MOSFET的自然进化。
由于实现一个较高的击穿电压BVDSS需要一个源漏通道，而这个通道却具有很高的电阻率，因而造成功率MOSFET具有RDS(on)数值高的特征，IGBT消除了现有功率MOSFET的这些主要缺点。
虽然最新一代功率MOSFET器件大幅度改进了RDS(on)特性，但是在高电平时，功率导通损耗仍然要比IGBT 技术高出很多。
较低的压降，转换成一个低VCE(sat)的能力，以及IGBT的结构，同一个标准双极器件相比，可支持更高电流密度，并简化IGBT驱动器的原理图。
导通IGBT硅片的结构与功率MOSFET 的结构十分相似，主要差异是IGBT增加了P+ 基片和一个N+ 缓冲层(NPT-非穿通-IGBT技术没有增加这个部分)。
如等效电路图所示(图1)，其中一个MOSFET驱动两个双极器件。
基片的应用在管体的P+和N+ 区之间创建了一个J1结。
当正栅偏压使栅极下面反演P基区时，一个N沟道形成，同时出现一个电子流，并完全按照功率MOSFET的方式产生一股电流。
如果这个电子流产生的电压在0.7V范围内，那么，J1将处于正向偏压，一些空穴注入N-区内，并调整阴阳极之间的电阻率，这种方式降低了功率导通的总损耗，并启动了第二个电荷流。
最后的结果是，在半导体层次内临时出现两种不同的电流拓扑：一个电子流(MOSFET 电流)；空穴电流(双极)。
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试
IGBT驱动保护电路的详细的设计与如何测试过流保护：1.过流检测器设计：使用电流传感器来检测IGBT的电流，常见的传感器有霍尔效应传感器和电阻式传感器。
根据检测到的电流信号，设计一个比较器电路，比较检测到的电流值与预设的过流阈值。
当电流超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过流保护电路设计：采用一级或多级的电流保护电路，例如使用可控整流器电路、继电器电路或熔断器电路来切断IGBT的电源。
过温保护：1.过温检测器设计：通过温度传感器监测IGBT的温度。
可选用NTC 热敏电阻或热电偶等传感器。
根据检测到的温度信号，设计一个比较器电路，将检测到的温度值与预设的过温阈值进行比较。
当温度超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过温保护电路设计：使用温度控制器（例如PID控制器）来降低IGBT的温度。
可以通过减小机箱内部温度、增加散热和降低IGBT占空比等方式来实现。
过压保护：1.过压检测器设计：使用电压传感器来检测IGBT的输入电压。
可以选用正弦波电流互感器等传感器。
设计一个比较器电路，将检测到的电压值与预设的过压阈值进行比较。
当电压超过阈值时，比较器输出高电平，触发保护电路。
2.过压保护电路设计：可以采用电压降压器或直流开关等方法来控制IGBT的输入电压，将其降低到安全范围内。
1.过电流测试：在设计过程中，设置合理的过电流阈值。
通过电流源提供过电流信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
2.过温测试：在设计过程中，设置合理的过温阈值。
通过加热IGBT 器件，提高其温度，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
3.过压测试：在设计过程中，设置合理的过压阈值。
通过提供超过预设阈值的电压信号，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
4.短路测试：将IGBT的输出端短接，触发保护电路，验证保护电路的响应时间和准确性。
5.整体测试：在实际应用中，应全面测试保护电路的性能。
IGBT模块工作特性测试与分析
IGBT模块工作特性测试与分析IGBT模块工作特性测试与分析作者：微叶科技时间：2015-11-04 14:31IGBT功率单元测试平台示意图：图1 直流电压产生电路其中QF为断路器，KM为接触器（绿色按钮），T1为调压器。
图2 功率单元测试电路图3 IGBT引脚示意图注意事项：1.上380V主电前应将变压器旋钮调至零电压附近位置；2.放电开关K1初始状态应为关断状态，并且接触器KM与放电开关K1不可以同时接通；3.本测试方案中以驱动板的安装方向为正方向，则上管为右侧IGBT，下管为左侧IGBT；4.测试平台初始状态为负载电阻R L并联在下管C、E两端，即上管带负载；5.所有排线应与实际变流器柜中排线一致，包括温度板与驱动板之间的三根彩排、CPU板与温度板之间的两根排线；6.注意一定要在主电断电、电路板断电的情况下进行探头以及连线的更换，注意人身以及功率单元的安全；7.注意在拆卸之后每一个螺丝一定要拧紧！8.在所有测试之前，应确保所用CPU板所烧程序为测试程序。
工具准备：示波器1台，差分探头（型号P5200）2个，电流探头（型号i2000 flex）1个，开关电源1套，以及必备拆卸工具若干。
需要CPU板1块，温度板1块，驱动板3块。
在做所有测试前应将电源接到温度板上，CPU板通过X2、X3端子与温度板相连，温度板通过X31、X32、X33端子分别与三块驱动板的X2端子相连，其中温度板X31端子与安装在功率单元上的1块驱动板相连。
示波器接法：1.将一个差分探头（下面称差分探头1）选择1/50V量程，接在示波器的第1通道，用以测量栅极驱动信号（±15V），设置示波器该通道倍率为50，每格10V。
2.将另一个差分探头（下面称差分探头2）选择1/50V量程，接在示波器第2通道，用以测量栅极驱动信号（±15V）或者IGBT的CE 两端电压（测试中最大可到达1000V左右），设置示波器该通道倍率为50，每格10V。
IGBT的动态特性与静态特性的研究
IGBT的动态特性与静态特性的研究IGBT动态参数IGBT模块动态参数是评估IGBT模块开关性能如开关频率、开关损耗、死区时间、驱动功率等的重要依据，本文重点讨论以下动态参数：模块内部栅极电阻、外部栅极电阻、外部栅极电容、IGBT寄生电容参数、栅极充电电荷、IGBT开关时间参数，结合IGBT模块静态参数可全面评估IGBT芯片的性能。
RGint：模块内部栅极电阻:为了实现模块内部芯片均流，模块内部集成有栅极电阻。
该电阻值应该被当成总的栅极电阻的一部分来计算IGBT驱动器的峰值电流能力。
RGext：外部栅极电阻：外部栅极电阻由用户设置，电阻值会影响IGBT的开关性能。
上图中开关测试条件中的栅极电阻为Rgext的最小推荐值。
用户可通过加装一个退耦合二极管设置不同的Rgon和Rgoff。
已知栅极电阻和驱动电压条件下，IGBT驱动理论峰值电流可由下式计算得到，其中栅极电阻值为内部及外部之和。
实际上，受限于驱动线路杂散电感及实际栅极驱动电路非理想开关特性，计算出的峰值电流无法达到。
如果驱动器的驱动能力不够，IGBT的开关性能将会受到严重的影响。
最小的Rgon由开通di/dt限制，最小的Rgoff由关断dv/dt限制，栅极电阻太小容易导致震荡甚至造成IGBT及二极管的损坏。
Cge：外部栅极电容：高压IGBT一般推荐外置Cge以降低栅极导通速度，开通的di/dt及dv/dt被减小，有利于降低受di/dt影响的开通损耗。
IGBT寄生电容参数：IGBT寄生电容是其芯片的内部结构固有的特性，芯片结构及简单的原理图如下图所示。
输入电容Cies及反馈电容Cres是衡量栅极驱动电路的根本要素，输出电容Coss限制开关转换过程的dv/dt，Coss造成的损耗一般可以被忽略。
其中：Cies = C GE + C GC：输入电容（输出短路）Coss = C GC + C EC：输出电容（输入短路）Cres = C GC：反馈电容（米勒电容）动态电容随着集电极与发射极电压的增加而减小，如下图所示。
IGBT模块特性的测量方法电路原理
IGBT模块特性的测量方法电路原理GBT模块选型时比较关键的特性有栅极-发射级门槛电压Vce （th）、栅极-发射极漏电流Ices、开通时间ton、开通延迟时间td(on)、上升时间tr、关断耗散功率Poff、关断耗散能量Eoff、关断时间toff、关断延迟时间td（off）、下降时间tf、结-壳热阻Rthjc和结-壳瞬态热抗阻Zthjc。
测量出这些参数，就能详细的推导出IGBT模块的动态特性和静态特性。
下面我们就来介绍IGBT模块特性的测量方法和电路原理。
1.栅极-发射极门槛电压（Vce（th））的测量和电路原理在规定条件下（环境或管壳温度、集电极-发射极电压、集电极电流），测量IGBT模块的栅极-发射极门槛电压。
测量电路图如下测量方法:将IGBT模块插入测量插座,增加栅极发射极电压Vce直到达到规定的集电极电流TC，测量该电流下的栅极-发射极电压。
2. 栅极-发射极漏电流IGES的测量方法和基本电路在规定条件下（环境或管壳温度、集电极-发射极电压），测量栅极-发射极漏电流。
测量基本电路图如下：测量方法:连接集电极电极和发射极的端子。
电阻R的值控制在Vce/（100.Icesmax）。
跨接在R两端的电压测量仪应具有较高的灵敏度。
而且输入电阻大于100R，栅极-发射极漏电流为Ices=V/R，测量可用正的或负的栅极-发射极电压。
将栅极-发射极电压设置在规定值，测量电压V并用Ices=V/R计算栅极-发射极漏电流值。
3.关断耗散功率Poff和关断耗散能量Eoff的测量和基本电路在规定条件下（环境或管壳温度、集电极-发射极供电电压Vcce、负载电感L、栅极电阻R，输入脉冲形状：幅度、上升时间、宽度、脉冲重复率、积分时间t1),测量IGBT模块的关断耗散功率Poff和关断耗散能量Eoff。
测量基本电路如下在实际布线时，寄生电感应最小。
G是具有低内阻的矩形波发生器。
发生器输出脉冲的上升时间应小于0.1XR1XCice。
IGBT的工作原理和工作特性
IGBT的工作原理和工作特性ＩGBT 得工作原理与工作特性IGＢT得开关作用就是通过加正向栅极电压形成沟道,给PNＰ晶体管提供基极电流,使IGＢＴ导通。
反之,加反向门极电压消除沟道,流过反向基极电流,使IGBＴ关断。
ＩGBT得驱动方法与MOSFET基本相同,只需控制输入极N一沟道MOSFＥT,所以具有高输入阻抗特性。
当MOSFＥT得沟道形成后,从Ｐ+基极注入到 N一层得空穴(少子), 对N一层进行电导调制,减小N一层得电阻,使IGBT在高电压时,也具有低得通态电压。
IGBT得工作特性包括静态与动态两类:1.静态特性IGＢＴ得静态特性主要有伏安特性、转移特性与开关特性。
IGＢT得伏安特性就是指以栅源电压Ugｓ为参变量时,漏极电流与栅极电压之间得关系曲线。
输出漏极电流比受栅源电压Ugs得控制, Ｕgs越高, Id越大。
它与GTR得输出特性相似.也可分为饱与区１、放大区2与击穿特性３部分。
在截止状态下得IＧBT,正向电压由J2结承担,反向电压由J1结承担。
如果无 N+缓冲区,则正反向阻断电压可以做到同样水平,加入N+缓冲区后,反向关断电压只能达到几十伏水平,因此限制了IＧＢT得某些应用范围。
IGBT得转移特性就是指输出漏极电流Ｉｄ与栅源电压Ugs之间得关系曲线、它与MOＳFEＴ得转移特性相同,当栅源电压小于开启电压Ugs(th)时, IGBT处于关断状态。
在IGBＴ导通后得大部分漏极电流范围内, Iｄ与Ｕgs呈线性关系。
最高栅源电压受最大漏极电流限制,其最佳值一般取为１5V 左右。
IGBＴ得开关特性就是指漏极电流与漏源电压之间得关系。
IＧＢT 处于导通态时,由于它得PNP晶体管为宽基区晶体管,所以其B值极低。
尽管等效电路为达林顿结构,但流过ＭOSFET得电流成为IＧBT总电流得主要部分。
此时,通态电压Uds(oｎ)可用下式表示Uds(on)＝Uj1＋Udｒ+ ＩdRoh ( ２—14 )式中Uｊ1—- JI结得正向电压,其值为0。
IGBT关断特性分析
IGBT关断特性分析【摘要】本文以IGBT的物理模型为研究对象，详细分析IGBT关断过程中门-射极电压、门极电流及集电极-射极电压、集电极电流的各种行为情况；并以英飞凌的IGBT参数为依据，建立IGBT的仿真测试模型，分析门-射极电压、门极电流及集电极-射极电压、集电极电流的情况，与理论分析对比表明结果很好的吻合在一起，为进一步的应用IGBT提供参考。
【关键词】IGBT原理；IGBT关断特性分析；IGBT模型【Abstract】Based on physics model of IGBT，the paper studied IGBT’s turn-off behavior of gate- emitter voltage ，gated current and collector- emitter voltage ，collector current . and established Simulink model of IGBT on infineon production ，analysised behavior of gate- emitter voltage gated current and collector- emitter voltage ，collector current ，the same as the theory . produced theoretical reference for future.【Key words】IGBT theory；IGBT turn-off behavior；IGBT’s model0 前言IGBT结合了MOSFET管和双极性晶体管的优点，具有电压型驱动、输入阻抗高、饱和压降低等一系列的优点，在电力电子领域具有广泛的应用。
然而IGBT内部寄生电容的存在，导致IGBT的开断呈现非线性的特点，因此研究IGBT的开断特性有助于更好的应用IGBT器件[1]。
igbt的实验报告
igbt的实验报告
IGBT实验报告：性能分析与应用展望
在现代电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极晶体管）作为一种重要的功率半导体器件，其性能分析和应用展望一直备受关注。
本文将对IGBT的实验结果进行分析，并展望其在未来的应用前景。
首先，我们对IGBT进行了性能测试，包括导通压降、关断损耗、开关速度等方面的实验。
实验结果表明，IGBT具有低导通压降、高关断损耗和快速的开关速度，适合用于高频率的功率转换应用。
其次，我们对IGBT在不同工作条件下的性能进行了研究。
实验结果显示，IGBT 在高温、高湿度等恶劣环境下仍能保持稳定的性能，具有较强的抗干扰能力，适合用于工业控制和电力传输等领域。
此外，我们还对IGBT在电动汽车、可再生能源等新兴领域的应用进行了展望。
实验结果表明，IGBT具有高效、可靠的特点，能够满足这些领域对功率半导体器件的高要求，具有广阔的市场前景。
综上所述，IGBT作为一种重要的功率半导体器件，具有优良的性能和广泛的应用前景。
我们相信，在未来的发展中，IGBT将在电力电子领域发挥越来越重要的作用，为社会的可持续发展做出更大的贡献。
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收稿日期:2009208203基金项目:台达环境与教育基金会电力电子科教发展计划DRE 02006022项目;国家自然科学基金项目50737002作者简介:陈 娜(19852),女,博士研究生,从事电力电子器件建模等方向的研究。
何湘宁(19612),男,博士,教授,博士生导师,从事电力电子技术及其工业应用方面的研究和工程设计工作。
文章编号:100923664(2009)0620001205研制开发离线式IGBT 开关特性测试技术综述陈 娜,何湘宁,邓 焰,沈燕群(浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027) 摘要:IG B T 功率开关器件在现代大功率变换器中的应用非常广泛,其开关特性直接影响到变换器的性能。
获得实际工作条件下的开关器件特性具有重要的实用价值。
如何准确测量并记录器件开关过程自然成为研究热点。
文中分析了IG B T 器件开关特性测试中的关键问题,总结了大功率下电流电压测量的各种方法,并对国内外的开关特性测试研究现状进行了分类和总结。
关键词:IG B T ;开关特性;开关损耗;电流电压测量;离线测试中图分类号:TM 930.1文献标识码:AA Review of IGB T Switching Characteristics MeasurementCH EN Na ,H E Xiang 2ning ,DEN G Yan ,SH EN Yan 2qun(College of Electrical Engineering Zhejiang University ,Hangzhou 310027,China )Abstract :IG B Ts have been widely used in high power converters.The switching characteristics of such power devices have direct impacts upon the converter performance.So it has attracted more and more attentions to accurately measure and record the switching process to characterize the switching devices under actual operating conditions.In this paper ,key is 2sues for switching characteristics testing are analyzed and the high current and high voltage measurements by varied ways are discussed.The global research of switching characteristics is classified and summarized.Key words :IG B T ;switching characteristic ;switching loss ;current and voltage measurement ;off 2line test0 引 言IG B T 是广泛应用于现代中、大功率变换器中的主流半导体开关器件。
其开关特性决定装置的开关损耗、功率密度、器件应力以及电磁兼容性,直接影响变换器性能。
因此准确测量功率开关元件的开关性能具有重要实际意义。
器件损耗在开关电路设计中至关重要,开关损耗在器件损耗中占到相当比例。
如何正确估算IG B T 的允许损耗,国内外的设计者目前均采用计算法,即参照制造商提供的参数、根据一定的原理进行估算。
这样的做法有很多不足[1]:计算法所考虑的因素往往不全面;所引用的参数值往往不准确;本身带有一定的假设性,受限于模型;环境因素、安装工艺、负载性质对实际允许损耗的影响无实用算法。
器件开关特性参数可以从数据手册中获得,如上升、下降时间,延迟时间,开关损耗,通态压降,门极电压,门极电阻,寄生电容等,但手册上提供的参数往往在实际工作电路中是不可重复的,如变换器中负载多为感性,而手册中参数测量多使用阻性负载。
此外,随着开关频率的提高,电路板以及器件模块的寄生参数对开关特性的影响越来越大。
使用手册参数设计分析电路会产生问题。
为优化变换器设计,分析开关器件、模块的真实性能,需要对实际工作点下的开关器件特性进行准确测量,并改变影响器件开关特性的电路参数,如IPEM 和电路的寄生参数、工作电流、电压、门极驱动、温度等,以获取模块特性的充分数据。
本文分析了功率器件开关特性测试中的关键问题,总结了大功率下电流电压测量的各种方法,并对国内外的开关特性测试研究现状(主要是离线测试)进行了分类和总结。
1 测量中的一些重要问题功率开关管受测试的工作行为发生在开关过程中,大幅值的电流、电压快速上升和下降会产生大量电磁辐射,使开关瞬态特性的测量具有很大挑战性。
如何提高测量波形的准确性,有几个方向可以改进,包括电路版图设计,元器件寄生电感最小化,测量设备选择以及接地问题等[3]。
示波器中看到的波形可能并不是真正的波形,下面将讨论准确记录开关波形涉及到的一些关键问题[4]。
1.1 信号等效频率与测量系统的带宽对开关信号来说,被测信号的最高等效频率远大于开关频率,陡峭的上升沿、下降沿所产生的高次谐波需要用高带宽的测量设备才能准确记录。
由于带宽描述基于正弦激励,可以用与波形上下沿有相同最大斜率的正弦波来近似信号的等效频率[4]。
被测信号的等效频率可近似为:f =0.25t r(1) t r 是方波信号的上升时间(10%～90%)。
测量系统由示波器和探头串联组成,系统带宽是两者的组合。
用下面的式子近似系统带宽:BW sys =11BW 2asc+1BW 2probe (2) 测量系统的带宽限制了被测信号幅值和相位的准确测量。
在带宽频率处,测量信号的幅值约为被测信号的70%(3dB 衰减)。
从幅值角度考虑,为了准确描述被测信号,测量设备的带宽应不低于被测信号最高频率的3～5倍。
而从测量延迟时间角度考虑,在带宽频率处已经发生了45°的相移,系统带宽应该取被测信号最高频率的10倍以上。
1.2 接地问题探头都有接地点,测试电路中一定存在地环路,这些地间的阻抗在电流变化率很大的情况下会导致环路能量引起的地回路振荡,因此必须保证测试所在地环路尽可能小。
1.2.1 容性耦合地环路大多数测试用斩波电路直流电源采用绕制隔离变压器提供,直流母线有很大的对地容性耦合。
结果将导致如图1所示的容性耦合地回路。
其中的寄生电感和环路电容会引起测量电流I d 的共模振荡。
图1 容性耦合地环路 为解决该问题,电路中需要引入一个在振荡频率处高阻抗的共模扼流圈,如图2。
共模扼流圈在振荡频率处的阻抗大,容性耦合地环路被打破。
注意图4与图3的区别,引入了共模扼流圈的电路在205k Hz 处的振荡得到有效抑制。
图2 用共模扼流圈解耦地环路1.2.2 探头尖端对地环路电感另一重要参数是探头分布电感。
探头接地引线环路等效为一串联电感,在d u /d t 值很大或者电磁场很强的情况下,会使电压的测量产生很大误差。
为了减小误差,可以用探尖适配器来减小探尖对地的电感。
如图5,探尖适配器引入电磁屏蔽并减少了等效电感量,改善了测量结果。
图5 电压测量(接地探头与带探尖适配器的探头比较)2 电流测量开关电流的测量对电流传感器有如下要求[3]:电流传感器能够准确跟踪小于几十ns 的上升时间,这意 2009年11月25日第26卷第6期陈 娜等: 离线式IG B T开关特性测试技术综述Telecom Power TechnologyNov.25,2009,Vol.26No.6味着其带宽必须大于上百M Hz才能准确描述上升沿和下降沿的相位;测量设备的电流幅值取决于被测系统的工作电流大小,要求在小电流下有足够的灵敏度,在大电流下不饱和;传感器不能为测试电路引入大的插入阻抗;一般电流电压测量设备有公共点,不一定要求电气隔离。
常用的电流测量设备[5]有:分流器电阻[6],同轴电阻[7],电流互感器,同轴电流互感器,罗氏线圈[8],霍尔电流传感器(往往带宽不够),各种电流探头,各有优劣。
2.1 电流传感器(1)采样电阻分流器理想电阻电流传感器的带宽只受电压探头的限制,但是在开关状态下普通电阻对于瞬态电流的测量一般是不够的。
所有实际电阻都有等效串联电感,会在测量结果上导致失真;其次电阻损耗与电流平方成比例,损耗引起电阻发热会导致电阻特性发生改变;集肤效应也会引起阻值变化问题,高频电磁干扰等问题[11,19]。
取而代之的是同轴电阻分流器。
(2)同轴电阻分流器同轴电阻有诸多优点[3]:流过分流器的电流不会在电路周围产生电磁通量,有效消除寄生感性成分;外壳有效屏蔽外部噪声源,可测量程很小的电流值和很快的瞬态过程;可测量直流,其带宽也远远高于多数电流传感器。
从制造商提供的数据,同轴电阻的带宽可以达到800M Hz。
选取采样电阻的标准除了带宽,电阻值,还有其所能承受的最大能量损耗(E max),这实际上限定了所允许的最大电流脉冲[5]。
最大能量损耗由下式计算:E max=R cvr[∫i2d t]max(3) 同轴电阻分流器阻值小,其电压信号一般比较小,需要给被测电路设计良好的接地系统以防止共模噪声电压干扰。
分流器的引入也会给电路串入一定杂散电感而影响测量的准确性[2]。
(3)罗氏线圈(Rogowski Coil)罗氏线圈的测量线性度很好,电流量程范围很宽。
不含磁性元件,不存在大电流和直流偏置引起的饱和问题,但有带宽和精确度的限制[3]。
受到线圈的自感,电容效应以及积分器的转换速率的限制,其带宽上限典型值在1M Hz以内。
罗氏线圈也有可以测量频率几百M Hz电流信号的[11],但不能同时测量电流的低频分量。
而且一般其精确度随导体在线圈中位置的移动会有几个百分点的改变。
(4)电流互感器电流互感器也有带宽限。
电流互感器不能测量直流电流,它的带宽上限截止频率受内部谐振的限制[21]。
但是它没有罗氏线圈的精确度改变问题。
此外,它能提供电气隔离。
带宽足够的电流互感器在脉冲电流条件下可以准确的测量开关电流波形,但在电路安装中由于物理位置上的隔离和电源连接,可能为串入电路引入了相当的杂散参数[2]。
(5)同轴电流互感器针对上述电流传感器与被测点串联引进插入电感的缺点[11],同轴电流互感器在具备电流互感器的优点之外能很好的解决这个问题。
其特点是宽带宽,低插入阻抗和低寄生电感。
其内部有一个原边电流管道,其外部管道流过与原边电流等大小,方向相反的电流,再外面套着一个螺旋管状电流互感器[2]。