IGBT短路测试方法详细讲解
IGBT模块工作原理以及检测方法

IGBT模块工作原理以及检测方法IGBT模块简介IGBT是Insulated Gate Bipolar Transistor(绝缘栅双极型晶体管)的缩写,IGBT 是由MOSFET和双极型晶体管复合而成的一种器件,其输入极为MOSFET,输出极为PNP晶体管,它融和了这两种器件的优点,既具有MOSFET器件驱动功率小和开关速度快的优点,又具有双极型器件饱和压降低而容量大的优点,其频率特性介于MOSFET与功率晶体管之间,可正常工作于几十kHz频率范围内,在现代电力电子技术中得到了越来越广泛的应用,在较高频率的大、中功率应用中占据了主导地位。
IGBT的等效电路如图1所示。
由图1可知,若在IGBT的栅极G和发射极E之间加上驱动正电压,则MOSFET导通,这样PNP晶体管的集电极C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MOS 截止,切断PNP晶体管基极电流的供给,使得晶体管截止。
IGBT与MOSFET一样也是电压控制型器件,在它的栅极G—发射极E间施加十几V的直流电压,只有在uA级的漏电流流过,基本上不消耗功率。
图1 IGBT的等效电路2 IGBT模块的选择IGBT模块的电压规格与所使用装置的输入电源即试电电源电压紧密相关。
其相互关系见下表。
使用中当IGBT模块集电极电流增大时,所产生的额定损耗亦变大。
同时,开关损耗增大,使原件发热加剧,因此,选用IGBT模块时额定电流应大于负载电流。
特别是用作高频开关时,由于开关损耗增大,发热加剧,选用时应该降温等使用。
3 使用中的注意事项由于IGBT模块为MOSFET结构,IGBT的栅极通过一层氧化膜与发射极实现电隔离。
由于此氧化膜很薄,其击穿电压一般达到20~30V。
因此因静电而导致栅极击穿是IGBT失效的常见原因之一。
因此使用中要注意以下几点:1.在使用模块时,尽量不要用手触摸驱动端子部分,当必须要触摸模块端子时,要先将人体或衣服上的静电用大电阻接地进行放电后,再触摸;2.在用导电材料连接模块驱动端子时,在配线未接好之前请先不要接上模块;3.尽量在底板良好接地的情况下操作。
IGBT参数测试

IGBT参数测试IGBT 参数检测仪根据测试条件和测试线路的不同,可将IGBT模块的测试分为两大类:一类是静态参数测试,即在IGBT模块结温为25C︒时进行测试,此时IGBT工作在非开关状态;另一类是动态参数测试,即在IGBT模块结温为125C︒时进行测试,此时IGBT工作在开关状态。
一、静态参数的测试1. 栅极一发射极阀值电压的测试在规定条件下,测量栅极—发射极阀值电压()GE thV,测试电路原理图如图1所示图1()GE thV测试电路电路说明和要求:Gl、G2:可调直流电压源;Vl、V2:直流电压表;A:直流电流表;DUT:被测量的IGBT(下同)。
测量程序:调解电压源G2至规定的集电极—发射极电压(15V);调节电压源Gl,从零开始逐渐增加栅极一发射极间的电压。
当电流表A显示出规定的集电极电流值(()CE ONprotCCoffVIVE)时,电压表Vl的显示值即为被测器件的栅极一发射极阀值电压。
2. 集电极—发射极截止电流的测试在规定条件下,测量器件的栅极—发射极短路时集电极—发射极截止电流CESI,原理电路如图2所示。
图2 CES I 测试电路电路要求和说明:G:可调直流电压源;V:高阻抗直流电压表;A:直流电流表;R:限流电阻器。
测量程序:调节电压源G ,从零开始逐渐增加集电极—发射极间的电压到电压表V 显示出规定的值(10V),从电流表A 读出集电极—发射极截止电流CES I 。
3. 栅极—发射极漏电流的测试在规定条件下,测量器件在集电极—发射极短路条件下栅极—发射极漏电流GES I ,原理图如图3所示。
图3电路说明和要求:G:可调直流电压表;Vl ,V2:直流电压表;R:测量电阻器。
这时栅极一发射极漏电流为: /CES I V R 。
测量程序:调节电压源G ,使栅极一发射极电压Vl 到规定值(20V)。
从V2读出V2,则栅极一发射极漏电流为V2/R 。
4. 集电极一发射极饱和电压的测试在规定条件下,测量器件在集电极一发射极饱和电压()CE sat V ,原理图如图6一5所示。
IGBT双脉冲测试详解

IGBT双脉冲测试详解电源设备硬件主功率部分的电路性能直接影响产品品质,但开发过程中,在样机测试阶段才能对其性能进行评测。
有些公司为保证产品开发进度,仅采取不得已的补救措施,产品不仅非最优设计,甚至会给产品的质量埋下隐患。
而我司在产品设计初期就采用IGBT双脉冲测试,提前对硬件电路设计进行多维度测试评估,在保证产品是最优设计的基础上,提高产品开发效率。
什么是双脉冲测试图一:双脉冲测试平台电路及理想波形图一左图是双脉冲测试平台电路,图中的IGBT和二极管是我们观测的主要对象,通过示波器来观测双脉冲电路中的波形数据,这些波形数据有:IGBT的驱动电压Vge、IGBT的集电极和发射极的电压Vce、二极管的电压VF及IGBT集电极电流Ic等。
图一右图是双脉冲测试的理想波形,图中分别标识了IGBT驱动电压Vge的波形、IGBT的集射极电压Vce波形与IGBT的集电极电流Ic波形。
IGBT在t0~t3的时间段里先后开通关断两次,因此得名双脉冲测试。
图二:双脉冲测试实际波形双脉冲测试原理详解图三:t0≤t<t1阶段如图三所示,在t0时刻,IGBT在第一个脉冲驱动下开通,电感电流流经IGBT。
此时电感电流线性上升,电流的表达式为I=Vbus*Δt/L,测试时可根据实际的电流需求来调节电感量和脉冲的导通时间。
图四:t1≤t<t2阶段如图四所示,在t1时刻,IGBT关断,由于整个回路的杂散电感以及二极管的瞬态导通电压的存在,IGBT的集射极端会产生一定的电压尖峰。
待IGBT完全关断,电感上的电流通过二极管续流而缓慢下降,若观测此刻的电流,需要在二极管续流回路里增加电流探头。
图五:t2≤t<t3阶段如图五所示,在t2时刻,IGBT第二次开通,此时由于二极管的反向恢复电流的存在,该电流和电感电流叠加流过IGBT。
通过此刻叠加电流的观测,可以评估二极管的反向恢复特性,还可评估二极管的电压应力。
在t2<t<t3时间段,IGBT饱和导通,电感电流继续增大,在实际双脉冲测试时需要控制该脉冲的宽度。
大师教你如何检测IGBT好坏简便方法

大师教你如何检测IGBT好坏简便方法展开全文如何来检测IGBT好坏简便方法?这里大师来教你:将数字万用表拨到二极管测试档,测试IGBT模块c1 e1、c2 e2之间以及栅极G与e1、e2之间正反向二极管特性,来判断IGBT模块是否完好。
1、判断极性首先将万用表拨在R×1KΩ挡,用万用表测量时,若某一极与其它两极阻值为无穷大,调换表笔后该极与其它两极的阻值仍为无穷大,则判断此极为栅极(G)。
其余两极再用万用表测量,若测得阻值为无穷大,调换表笔后测量阻值较小。
在测量阻值较小的一次中,则判断红表笔接的为集电极(C);黑表笔接的为发射极(E)。
2、判断好坏将万用表拨在R×10KΩ挡,用黑表笔接IGBT的集电极(C),红表笔接IGBT的发射极(E),此时万用表的指针在零位。
用手指同时触及一下栅极(G)和集电极(C),这时IGBT被触发导通,万用表的指针摆向阻值较小的方向,并能站住指示在某一位置。
然后再用手指同时触及一下栅极(G)和发射极(E),这时IGBT被阻断,万用表的指针回零。
此时即可判断IGBT是好的。
3、任何指针式万用表皆可用于检测IGBT注意判断IGBT好坏时,一定要将万用表拨在R×10KΩ挡,因R×1KΩ挡以下各档万用表内部电池电压太低,检测好坏时不能使IGBT导通,而无法判断IGBT的好坏。
此方法同样也可以用于检测功率场效应晶体管(P-MOSFET)的好坏。
逆变器IGBT模块检测:将数字万用表拨到二极管测试档,测试IGBT模块c1 e1、c2 e2之间以及栅极G与e1、e2之间正反向二极管特性,来判断IGBT模块是否完好。
以六相模块为例。
将负载侧U、V、W相的导线拆除,使用二极管测试档,红表笔接P(集电极c1),黑表笔依次测U、V、W,万用表显示数值为最大;将表笔反过来,黑表笔接P,红表笔测U、V、W,万用表显示数值为400左右。
再将红表笔接N(发射极e2),黑表笔测U、V、W,万用表显示数值为400左右;黑表笔接P,红表笔测U、V、W,万用表显示数值为最大。
IGBT性能的简易判别方法

IGBT 性能的简易判别方法:
1、 指针式万用表判别方法:
IGBT 栅极是MOSFET 构造,采用的是电压型控制方式,其输入端类似一电容。
当IGBT 栅极充满电荷后,由于本身漏电流极小,能在较长一段时间内保证电压不变。
G C E
栅集
发
(1)、将指针式万用表拨在Rx10K Ω档先将万用表黑表笔接到E 极,红表笔接到G 极,向栅极反向充电,使栅极充满负电荷。
然后,黑表笔接到C 极,红表笔接到E 极,此时,IGBT 处于截止状态,万用表应指在机械零位,说明IGBT 没有击穿、短路。
(2)、将万用表黑表笔接到G 极,红表笔接到E 极,向栅极正向充电,使IGBT 处于导通状态,然后,黑表笔接到C 极,红表笔接到E 极,万用表指针指示接近零。
2、试灯判别方法:
(1)、S 接A 时,G 极加正向电压,试灯亮。
C 、E 极电压Uce=0.5—1.0V 。
(2)、S 接B 时, G 极上正向电压通过开关释放,使IGBT 关断,C 、E 极间截止,试灯熄灭。
Uce=15V 。
G
B A S C
E
15V
18V,2W。
短路测试原理

短路测试原理在电气工程领域中,短路测试是一种常用的测试方法,用于检测电路中的短路情况并确定故障的产生原因。
短路是一种导电路径的异常状态,当电流在该路径上绕过正常的电阻或负载时,就会导致短路故障的发生。
本文将介绍短路测试的原理及其应用。
一、什么是短路测试短路测试是一种通过施加外部电流或电压,以测量电路中存在的短路故障的方法。
它的主要目的是确定故障所在位置,以便进行修复或更换受损部件。
短路测试通常使用专用设备,如短路测试仪或多用途电表,来提供准确的测试结果。
二、短路测试的原理1. 施加外部电流或电压在进行短路测试时,首先需要施加一定的电流或电压在被测试的电路上。
这样可以通过电流或电压的变化来检测电路中是否存在短路。
2. 测量电流或电压变化在施加电流或电压后,需要测量电路中的电流或电压变化情况。
正常情况下,电流或电压应该在整个电路中均匀分布。
若存在短路,则会导致电流或电压偏离预期的路径,并在短路处产生明显的异常情况。
3. 分析测试结果通过对测量结果的分析,可以确定故障发生的位置以及导致短路的原因。
例如,如果电流或电压在某一特定点突然变化,那么通常可以推断该点存在短路。
进一步的测试和观察可以帮助确定短路的具体原因,如损坏的电线、接头问题等。
三、短路测试的应用1. 电路维护和故障排除短路测试在电路的维护和故障排除中发挥着关键的作用。
通过定位并解决电路中的短路问题,可以恢复电路的正常运行。
短路测试不仅可以应用于低压电路,也适用于高压输电线路和电力系统。
2. 产品质量控制在电子产品生产过程中,短路测试是确保产品质量的重要环节。
通过对电路板和连接器等关键部件进行短路测试,可以排除潜在的质量问题,提高产品的可靠性和性能。
3. 电路设计验证在电路设计的早期阶段,短路测试可以用于验证电路的正确性和安全性。
通过模拟和评估电路中的各种情况,可以避免在实际应用中出现短路故障,并提前进行相应的修正和优化。
四、总结短路测试作为一种常用的电路测试方法,通过施加外部电流或电压,测量电流或电压的变化,并进一步分析测试结果,能够精确定位短路故障发生的位置和原因。
IGBT管的好坏可用指针万用表的Rxlk挡来检测
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。
检测前先将IGBT管三只引脚短路放电,避免影响检测的准确度;然后用指针万用表的两枝表笔正反测G、e两极及G、c两极的电阻,对于正常的IGBT管(正常G、C两极与G、c两极间的正反向电阻均为无穷大;内含阻尼二极管的IGBT管正常时,e、C极间均有4kΩ正向电阻),上述所测值均为无穷大;最后用指针万用表的红笔接c极,黑笔接e极,若所测值在3.5kΩl左右,则所测管为含阻尼二极管的IGBT管,若所测值在50kΩ左右,则所测IGBT管内不含阻尼二极管。
对于数字万用表,正常情况下,IGBT 管的C、C极问正向压降约为0.5V。
综上所述,内含阻尼二极管的IGBT管检测示意图如图所示,表笔连接除图中所示外,其他连接检测的读数均为无穷大。
如果测得IGBT管三个引脚间电阻均很小,则说明该管已击穿损坏;若测得IGBT 管三个引脚间电阻均为无穷大,说明该管已开路损坏。
实际维修中IGBT管多为击穿损坏。
电磁炉场效应功率管的代换大量维修实践表明,电磁炉(灶)内的部分元器件因工作温度较高,工作电流较大,电压较高等,其故障或损坏概率也较高。
其中的场效应功率管损坏率最高。
但由于商业竞争激烈,一般都不随机附带图纸,加之电磁炉所采用的场效应功率管一般均为较新产品,这便给维修带来不便和困难。
下面笔者根据汇集来的相关资料,提供几种常用电磁炉场效应功率管及代换资料供参考。
电磁炉一般均采用N型沟道功率场效应管,其相关参数为BVCBO≥1600V,BVCEO≥1000V,PCM≥100W,ICM≥7A,HFE≥40。
常用的电磁炉用场效应管内部带阻尼二极管的型号有GT40N150D、GT40T301、SEC·G40N150D、ZON120ND、GT40T101、SQD35JA等。
内部不带阻尼二极管的型号有BT40T101、SGL40N150/150D等。
IGBT可靠性测试方法
IGBT可靠性测试方法IGBT的寿命通常长达数十年,因此倘若不采取特殊的测试手段而使器件在正常情况下工作直至失效是不现实的,寻求一种有效地测试手段就显得非常必要。
通常的测试手段有加速寿命测试(HALT,HighLy AcceLerated Life Test),HASS (HighLy AcceLerated Stress Screen)、功率循环、温度循环几种。
本文着重介绍功率循环和温度循环测试方法。
1.功率循环测试在给定的温度和循环次数条件下,收集工作中器件的相关参数。
在测试前,器件的工作温度已经被调节到合适的点并且器件已经上电。
功率循环可以通过以下几种方式实现[7];a)恒功率:对于任何单个器件,功率在加热期间置为预先设定的值,在关断期间要么不加功率负载。
这通常涉及开环控制,预先设定的值也会因散热区别而异;b)变功率:为了使散热达到最快的速率,在加热或散热期间功率出于变化状态,此模式下闭环控制很受人们亲睐;c)恒散热:同恒功率相匹配,散热要么控制在预先设定的值(散热期间或整个测试期间),要么关断(加热期间),此模式为开环控制;d)变散热:在加热或散热期间,散热的速率是变化的。
此模式可增加循环速率。
图1是恒功率/恒散热和变功率/恒散热测试的对比。
图1功率循环方式2.温度循环测试将器件放在温度控制箱中,不断调节温度箱内的温度如图2所示。
通常情况下,实验将高温条件设为150℃,放置20分钟,低温设为-40℃,放置20分钟,常温25℃,放置10分钟。
温度变化的步长大约10℃每分钟[10]。
图2温度循环测试方式3.IGBT失效判定标准[9]因IGBT芯片以及续流二极管均被封装在模块的内部,因此不能实时监测出内部发生的变化,只有通过测量电气参数的方法间接推断器件的状态,通常包括集射极电压、阈值电压和漏电流。
Vce偏移量超出初始值的20%该方法是极容易被提出的,使用该准则时必须注意两点:①门极电压必须保持在15V;②通过器件的电流必须为额定电流。
IGBT模块认证测试规范
IGBT模块认证测试规范拟制:张广文日期: 2011-03-07审核:姜明日期:__________批准:董瑞勇日期:__________更改信息登记表规范名称:IGBT模块认证测试规范规范编码:评审会签区:目录1. 目的......................................................错误!未定义书签。
2. 范围......................................................错误!未定义书签。
3. 定义......................................................错误!未定义书签。
4. 引用标准..................................................错误!未定义书签。
5. 测试设备..................................................错误!未定义书签。
6. 测试环境..................................................错误!未定义书签。
7. 测试项目..................................................错误!未定义书签。
规格参数比对..............................................错误!未定义书签。
封装结构测试..............................................错误!未定义书签。
封装外观检查..........................................错误!未定义书签。
封装外形尺寸测试......................................错误!未定义书签。
基板平整度测试........................................错误!未定义书签。
短路测试原理
短路测试原理
短路测试是一种测试电路或设备中是否存在短路的方法。
其原理是基于短路导致电流异常增大的特性来进行判断。
在进行短路测试时,首先需要断开电路或设备与电源的连接,确保电路处于断开状态。
然后,将测试仪器的电极分别连接到电路或设备的两个端点上。
接下来,恢复电路或设备的连接,让电流通过该电路或设备。
如果电路或设备中存在短路,由于短路路径电阻很小,电流会迅速增大,超过正常工作范围,此时测试仪器会检测到异常电流。
通过监测电流的变化,可以判断电路或设备是否存在短路。
如果测试仪器反馈出异常电流,则说明电路或设备中存在短路现象。
相反,如果电流保持在正常范围内,则说明电路或设备没有短路。
总之,短路测试通过检测电路或设备中的电流变化,来判断是否存在短路的现象。
这种测试方法简单、直观,可以有效地检测出电路或设备中的短路问题。
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. . .. .. IGBT短路测试方法详解 在开发电力电子装置的过程中,我们需要做很多的测试,但是短路测试常常容易被忽略,或者虽然对装置实施了短路测试,但是实际上并不彻底和充分。下面2种情况比较常见: 1. 没有实施短路测试, a. 因为觉得这个实验风险太大,容易炸管子,损失太大; b. 觉得短路时电流极大,很恐怖; 2. 实施了短路测试,但测试标准比较简单,对短路行为的细节没有进行观察 本文将详细介绍正确的,完整的短路测试方法,及判断标准。 短路的定义(1): 桥短路(直通) 命名为“一类”短路 硬件失效或软件失效 短路回路中的电感量很小(100nH级) VCE sat 检测
桥臂间短路(大电感短路) 命名为“二类”短路 相间短路或相对地短路 短路回路中的电感量稍大(uH级的) 可以使用Vcesat ,也可以使用霍尔,根据电流变化率来定这类短路的回路中的电感量是不确定的 . .
.. .. 一类短路测试的实施方法一: 下图为实施一类短路测试时的示意图。电网电压经过调压器,接触器,将母线电容电压充到所需要的值,再断开接触器。上管IGBT的门极被关断,且上管用粗短的铜排进行短路。对下管IGBT释放一个单脉冲,直通就形成了。这就是一个典型的一类短路测试。
一类短路测试的实施方法一的注意事项: 该测试需要注意的事项: 1. 该测试的关注对象是电容组,母排,杂散电感,被测IGBT; 2 短路回路中的电感量很低,所以上管的短路排的电感量可以极影响测量的结果,因此绝不可忽视图中所示“粗短铜排”的长短和粗细;
3. 短路测试的能量全部来自母排电容组,通常来说,虽然短路电流很大,但是因为时间极短,所以这个测试所消耗的能量很小,实验前后电容上的电压不会有明显变化; . . .. .. 4. 上管IGBT是被一直关断的,但是这个器件不可或缺,因为下管被关断后,短路电流还需要由上管二极管续流; 5. 该测试需要测量三个物理量,分别是,下管的Vce,Vge,及Ic; 6. 电流探头需要测量图中Ic的位置,而不是短铜排的电流,这两个位置的电流波形是不同的; 7. 下管IGBT的脉冲需要严格控制,最开始实验可以使用10us,然后逐步增加; 8. 环境温度对实验结果有较大的影响,通常datasheet给出的高结温的结果;对应用者而言,常温实验是比较现实的;但低温时的短路测试会比较苛刻,如果系统规格有低温要求时,是有必要进行测试的; 9. 在此实验前需要对直流母排的杂散电感有一定的评估,或者用双脉冲测试方法对IGBT关断时的电压尖峰进行评估,以把握好短路时的电压尖峰,这个值可能会非常高; 实验步骤及方法: 1. 在弱电情况下,确认所发单脉冲的宽度; 2. 将母线电压调至20~30V,发送一个单脉冲,此时也会发生短路,会有一定的电流,利用此步骤确认电流探头的方向及其他各物理量测量正确,同时确认示波器能正确捕捉该瞬间;这个步骤会比 较安全; 3. 短路测试时,母线不宜过低,否则可能会见到一些奇异的震荡;对于1200V的IGBT,母线为500V起;1700V的IGBT,母线为700V起;3300V的IGBT,1000V起; 4. 母线加到额定点,将进线接触器断开,放出单脉冲,装置会发出“咚”的一声响,确认示波器捕捉到该时刻; 5. 通常来说,如果一切都设置正确的话,短路测试是很容易成功的,但也可能由于某些细节没有处理好,存在一定的几率,该测试会失败——这个IGBT会失效,并将电容的能量全部放掉,一般不 会爆炸得很厉害; 6. 第一次发10us的脉冲实际上是一种尝试性测试,其目的是,在尽量低风险的情况下,对设备的短路性能进行最初步的摸底; 7. 如果第一次10us测试已经发现波形有问题,则需要整改; 8. 如果第一次10us测试发现IGB没有发生退饱和现象,则可能意味着短路回路电感量太大,需要整改; 9. 如果第一次10us测试发现波形正常,可以脉冲延长至12us,再做,再延长到15us,再做,如果发现驱动器释放出来的脉冲不再增长,则意味着驱动器对IGBT进行了保护,否则,意味着驱动器保护电路设置有问题,需要整改; 对结果的评判(1) 下图为某一个测试结果, 1. 用电流的上升率di/dt求出短路回路中的全部电感量,再减去之前测出的杂散电感,就能得到插入的铜排的感量; 2. 关注短路电流的最高值,与datasheet中标注的值进行比较,是否过高,电流是否有震荡; . . .. .. 3. 从IGBT退饱和算起,至电流被关断,期间的时间是否控 制在10us,这个条件是不可以妥协的;
某品牌1500A/3300V的IGBT的一类 短路测试,Vdc=2200V,Tj=25℃, CONCEPT瑞士实验室 红线:Ic 蓝线:Vce 绿线:Vge 4. 短路电流的峰值与门极钳位电路有很大的关系,如果门极钳位性能不好,短路电流峰值会很高; 5. 关注Vce电压,需要多久才退饱和,在关断时刻时,Vce电压尖峰有多高,是否存在危险,有源钳位是否动作; 6. 门极电压的评判需要比较谨慎,因为这个测试di/dt及du/dt都很大,门极探头很容易测不准
某品牌1500A/3300V的IGBT的一类 短路测试,Vdc=2200V,Tj=25℃, . . .. .. CONCEPT瑞士实验室 红线:Ic 蓝线:Vce 绿线:Vge 另一个IGBT的测试结果: 下图是另外一个1700V的IGBT的一类短路测试结果。 这个IGBT的速度比较快,因此Vce开始先下降,然后IGBT才发生退饱和,Vce才上升至直流母线。 不同的品牌,代数,电压等级,电流等级的IGBT 其短路行为会有差别,不过本质是相同的。
某品牌450A/1700V的IGBT的一类短。 路测试,Vdc=1200V,Tj=25℃, CONCEPT瑞士实验室 红线:Vge 蓝线:Vce 黄线:Ic 存在问题的波形: 下图是一个在真实装置开发中有问题的结果,如果不做调整这个IGBT会面临较大风险。 . .
.. .. 下图是同样的装置经过调整,达到了理想的实验结果。
门极钳位(gate clamping)功能的测试: 在短路测试中,电流的形状与门极钳位电路的性能密切相关,而门极钳位的功能只有在这个时候才能体现出来。由于很多人都不太了解IGBT的短路行为,或者是没有深入测试设备的短路性能,因此,导致了对门极钳位电路的不重视。门极钳位电路出现的原因是IGBT存在米勒电容,在IGBT短路时,米勒电容会影响门极电压,导致短路电流激增,使IGBT承担风险。 越大容量的IGBT,米勒效应越强,门极钳位电路越重要。 差的门极钳位的结果: 下图为某型号2片1500A/3300V并联的短路测试波形,使用门极和发射极间的TVS进行门极钳位,如下图示。
母线电压为2200V,实验结果显示, IGBT的电流峰值为13.36kA。 CH1,2:Vge CH3 4:Vce 好的门极钳位的结果: . . .. .. 在上页的基础上,完全相同的硬件设置,只是修改了门极钳位电路。用下图所示的门极钳位电路。
一类短路测试的实施方法二 下图为实施一类短路测试的另外一种方法。给上管IGBT驱动器一个常高信号,使上管保持开通,再给下管发单脉冲。这个实验的优点是,确保短路回路中的电感量就是直流母线的杂散电感,足够低。
注意事项: 1. 在前文介绍的短路测试方法一中,有一个缺点,如果插入的短路电缆没有控制好,感量过大,会导致进入了二类短路; 2. 在并联的情形下做短路测试方法一,如果并联的桥臂中插入的感量不一致,不对称,非常容易导致炸管; 3. 短路测试方法二中,短路回路的电感量非常稳定,就等于电容,母排,IGBT模块的杂散电感之和,短路电流变化率很高,轻易就能达到5000A/us的水平; 4. 在这个实验中,短路脉冲的宽度必须被控制住,从窄至宽慢慢放开; . . .. .. 5. 这个实验中,放出单脉冲的那只IGBT总是会先退出饱和区;
二类短路测试方法: 在实际运行的机器中,二类短路是比较容易遇到的短路类型,例如逆变器在拖动电机时,电机定子侧短路,此时就是二类短路。对这种短路的测试方法是在短路回路中插入某一数值的感量,然后观察其短路行为。
波形 右图所示为二类短路的测试波形,IGBT导通后,首先进入饱和导通,然后随着电流的增加,当电流到达IGBT的退饱和点时,IGBT电压迅速上升。这标志着IGBT退出了饱和区。然后驱动器经过定 时后,关断IGBT。 . .
.. .. 过流保护功能的验证 当短路回路中的电感量继续增大时,就会变成过流。过流的特征是: 1. 电流斜率较低,霍尔器件能侦测到; 2. 电流一定会流过桥臂输出端; 因此,霍尔元件就是过流保护电路的关键元器件。关于霍尔的动态性能,有2个参数是最重要的: 1. di/dt 跟随精度 2. 响应时间 下图摘自某霍尔的datasheet:
霍尔元件的关键性能指标: 用双脉冲测试方法,把IGBT的电流测出来并显示在示波器上,并以此为参考。将霍尔的输出信号,经过系统的滤波后,也放在示波器上。观察所检测的信号是否能及时并准确地跟随被测电流。 霍尔的响应时间通常在1us以,对于过流保护这项功能来说,已经足够快了,只要系统传输这个信号时,不要过分的插入惯性环节,这个响应时间是足够的。霍尔的电流跟随精度通常能达到50A/us,或者100A/us,这个水平也是很快的了,通常过流现象在时间上并不苛刻,IGBT完全能在几十或者几百us耐受得住。