双脉冲测试基本原理、实验和测试波形

双脉冲测试基本原理、实验和测试波形

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/TTJBUG/article/details/138124299

在电力电子领域，IGBT（绝缘栅双极型晶体管）的性能评估是一个关键环节。双脉冲测试作为一种常用的测试方法，能够准确评估IGBT的开关特性。本文将详细介绍双脉冲测试的基本原理、实验步骤和测试波形分析，帮助读者深入了解这一重要测试技术。

双脉冲测试能获得哪些参数

双脉冲测试可以获取开关管开关过程中的多个关键参数，包括：

• 反向恢复电流
• 关断电压尖峰
• 开通关断时间

通过观察IGBT的栅极波形，可以评估驱动板是否为IGBT开启提供了足够的驱动电流，并获取IGBT在开通、关断过程的主要参数，以评估Rgon与Rgoff的选择是否合适。此外，还可以评估实际应用是否需要吸收电路，以及测量母排的杂散电感。

双脉冲测试的原理

双脉冲测试通常以半桥形式进行，上管保持关断，下管驱动信号给定两个脉冲来测试其开关特性。如图1所示，上管两端并接一个电感，可以测试出下管的特性及上管的反向二极管特性。

图1 双脉冲简化模型

双脉冲测试基本实验以及波形

1. 第一个脉冲驱动信号（图2）

在t0时刻，门级发出第一个驱动信号，开关管饱和导通，电感电流线性上升，电流公式为：

I = （U*t）/L

t1时刻电流值最大，由时间t1决定电流大小。

图2 第一个脉冲驱动信号

2. 被测T2关断（图3）

在t1时刻，被测开关管T2被关断，电感电流由上管二极管续流，电流波形如虚线所示，此电流一般不容易检测。

图3 被测T2关断

3. 第二个脉冲驱动信号（图4）

在t2时刻，第二个脉冲的上升沿到达，被测开关管再次导通，续流二极管进入反向恢复，反向恢复电流会穿过开关管，在电流探头上能捕捉到这个电流。

图4 第二个脉冲驱动信号

4. 被测T2第二次关断（图5）

在t3时刻，开关管关断，此时电流较大，因为母线杂散电容存在，电压会出现尖峰。

图5 被测T2第二次关断

根据上面的分析，我们可以通过双脉冲测试得到两者的二极管的反向恢复时间。开关管上升时间，下降时间等。

双脉冲测试实例

用高压隔离探头测量Vce以及Vge的电压大小，用罗氏线圈测量电流Ic的大小，测试结果通过示波器进行监控；上管IGBT的Vge加负压或直接短路，因此它是关断的，只有其并联的二极管起续流作用，在实际测试过程中可以用二极管替代。

参数定义

1. 二极管反向恢复时间

开关从导通状态向截止状态转变时，二极管或整流器在二极管阻断反向称为反向恢复时间,在此期间电流反向流过二极管。电流之前需要首先释放存储的电荷,这个放电时间被总的来说，反向恢复时间就是正向导通时PN结存储的电荷耗尽所需要的时间。

• 反向电源电压越小，反向恢复电流越小，电荷耗尽越慢，反向恢复时间越长。
• 正向电流越大，存储的电荷越多，耗尽时间越长，反向恢复时间越长。
• 半导体的载流子复合效率越低，寿命越长，电荷耗尽时间越长，反向恢复时间越长。

整个过程，电源电压，二极管两端电压，反向电流的波形图，如下图所示，图中的trr就是反向恢复时间。

2. IGBT开关管参数的定义

ton、td(on)、tr、toff、td(off)、tf、(di/dt)on属于IGBT的开关时间参数，直观的表征了IGBT在理想状况下的开关速度。其中，ton=td(on)+tr，toff=td(off)+tf，因此我们只要搞清楚td(on)、tr、td(off)、tf就可了，技术手册一般给的也是这几个参数

• ton：turn-ON time，开通时间
• td(on)：turn-ON delay time，开通延时
• tr：Rise time，上升时间
• toff：Turn-off time，关断时间
• td(off)：Turn-off delay time，关断延时
• tf：Fall time，下降时间
• (di/dt)on：Turn-On current slope，开通电流波形斜率，单位A/us

tf、tr和td(on)、td(off)在数值上差别不大，但tr、tf是集电极电流变化范围比较大的时间断，因此对IGBT的性能影响比较大，用他们来衡量IGBT的开关速度也更实用，要限制(di/dt)on一般通过调整栅极电阻来实现。

开关时间受Ic的影响比较小，受Ig的影响比较明显，而Ig又明显受栅极电阻Rg的影响，因此Rg对开关时间是有明显影响的。Rg增大，除了会使tf略有减小以外，将使其它开关参数变长，总的影响是开关时间变长，影响趋势如图2所示，因此，要限制开关时间，可适当增大Rg，但是过大的Rg会使IGBT的适用功率频率降低，还会增加栅极驱动功率损耗。总体来看，Rg一般不超过100Ω，电流规格越大的IGBT，Rg的取值越小。

测试总结

双脉冲测试问题注意：

1. 要想获得较为精确的测量值，对测试仪器有很大要求，一般采样高压探头取Vge、Vce，罗氏线圈电流探头取Ic，对于驱动信号可以采用普通探头获得。同时，最好对探头进行校准，尽量减小测量仪器带来的误差。
2. 调整栅极电阻Rgon可以强烈的影响该过程，用以确定Rgon的数值是否合适。
3. 负载电感可以使用自己绕制的空心电感，或者购买相应的空心电感，不要使用磁粉芯电感，瞬间大电流会影响磁粉芯电感的电感值，从而对测试结果造成影响。
4. 直流侧需要高压电源，一般情况下，为保护仪器，可以用多个电容串并联，使用高压电源为电容充电，然后给被测电路供电。
5. 双脉冲信号可以用DSP或者其它信号发生器产生，测试前需使用示波器观察发生器的波形是否满足预期，以免影响测试结果。