IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管）作為電力電子裝置中的核心器件，其性能的穩(wěn)定性和可靠性對整個系統(tǒng)的運行至關(guān)重要。為了驗證IGBT的性能是否過關(guān)，雙脈沖測試（Double Pulse Test）成為了一項重要的測試手段。本文將詳細介紹IGBT雙脈沖測試的原理、意義、實驗設(shè)備、測試步驟以及數(shù)據(jù)分析，以期為相關(guān)技術(shù)人員提供參考。

一、雙脈沖測試的意義

雙脈沖測試在IGBT功率器件應(yīng)用行業(yè)中具有顯著的重要性，其決定了對應(yīng)的IGBT是否會被選用，也是使用者在選型之前的一道篩選手段以及設(shè)計是否正確的判斷標準。具體來說，雙脈沖測試的意義包括以下幾個方面：

對比性能：可以對比同一品牌不同型號或者同一型號不同品牌的IGBT的性能，幫助用戶選擇最適合自己應(yīng)用的IGBT。

獲取主要參數(shù)：通過雙脈沖測試，可以獲取IGBT在開關(guān)過程的主要參數(shù)，如開通時間、關(guān)斷時間、開通損耗、關(guān)斷損耗等，以評估Rgon及Rgoff的數(shù)值是否合適，評估是否需要配吸收電路等。

考量實際表現(xiàn)：考量IGBT在變換器中工作時的實際表現(xiàn)，如二極管的反向恢復電流是否合適，關(guān)斷時的電壓尖峰是否合適，開關(guān)過程是否有不合適的震蕩等。

二、主要實驗設(shè)備

進行IGBT雙脈沖測試需要以下主要實驗設(shè)備：

高壓電源：提供測試所需的高壓直流電源。

電容組：用于儲能和濾波，確保測試過程中的電壓穩(wěn)定。

疊層直流母排：用于連接高壓電源和負載電感，減少雜散電感的影響。

負載電感：可以自己繞制，不要飽和即可，用于模擬實際負載。

被測IGBT及驅(qū)動電路：被測對象，包括IGBT及其驅(qū)動電路。

示波器：最好是4通道，高帶寬，帶函數(shù)功能，采樣點在200MS/s或以上，用于捕捉和顯示測試波形。

高壓差分電壓探頭（1000:1）：用于測量IGBT的集電極-發(fā)射極電壓（Vce）。

羅氏線圈電流探頭：用于測量IGBT的集電極電流（Ic）。

可編程信號發(fā)生器或簡易信號發(fā)生裝置：用于發(fā)出一組雙脈沖信號，控制IGBT的開通和關(guān)斷。

三、雙脈沖測試原理

雙脈沖測試的基本原理是通過向被測IGBT發(fā)出兩個脈沖信號，觀察其在開通和關(guān)斷過程中的電壓和電流波形，從而評估其性能。測試過程可以分為以下幾個階段：

T1時刻（IGBT First Turn On）：

在t0時刻，門極放出第一個脈沖，被測IGBT飽和導通，直流母線電壓U加在負載L上，電感的電流線性上升，電流表達式為：Ic=U*t/L。

在t1時刻，電感電流的數(shù)值由U和L決定，在U和L都確定時，電流的數(shù)值由t1決定，時間越長電流越大。

T2時刻（IGBT Off）：

在t1-t2時間段，門級信號Vge為低電平，IGBT關(guān)斷，負載L的電流由上管二極管續(xù)流，該電流緩慢衰減。

T3時刻（IGBT Second Turn On）：

在t2時刻，第二個脈沖的上升沿到達，被測IGBT再次導通，續(xù)流二極管進入反向恢復，反向恢復電流會穿過IGBT，在電流探頭上能捕捉到這個電流。此時，重點是觀察IGBT的開通過程，反向恢復電流是重要的監(jiān)控對象。

在t3時刻，被測IGBT再次關(guān)斷，此時電流較大，因為母線雜散電感Ls的存在，會產(chǎn)生一定的電壓尖峰。在該時刻，重點是觀察IGBT的關(guān)斷過程，電壓尖峰是重要的監(jiān)控對象。

四、測試步驟

進行IGBT雙脈沖測試的步驟如下：

搭建測試平臺：根據(jù)雙脈沖測試原理圖搭建測試平臺，將要測量的信號與示波器連接，包括直流母線Vdc、被測下管IGBT的Ic電流、被測下管IGBT的Vce電壓、上管續(xù)流二極管電流If、上管續(xù)流二極管電壓Vec、被測IGBT門級信號Vge等。示波器通道設(shè)置好比例。

連接主電源：將被測單元與調(diào)壓器連接作為主電源，單元電源使用調(diào)壓器更方便雙脈沖調(diào)試。

檢查與調(diào)試：按照搭建好的測試平臺做好上電前的檢查，著重檢查各測量點是否正確連接及供電電源是否正常。通過直流數(shù)字電源將IGBT驅(qū)動板供電電源慢調(diào)到300V左右，過程中注意觀察IGBT驅(qū)動板卡電源燈狀態(tài)變化。且示波器測量門級信號Vge通道由0V跳至-10V。

下發(fā)脈沖信號：通過脈沖發(fā)生器下發(fā)計算出的脈沖寬度時間，示波器觸發(fā)模式抓取Vge波形，再次確認Vge脈寬與計算值相符。

觀察波形：功率單元上電，調(diào)壓器先調(diào)至AC50V，下發(fā)雙脈沖信號，示波器抓取波形，觀察各通道波形趨勢是否正常。如果有異常狀態(tài)，此電壓下可以保證相對安全性。

調(diào)整電壓：調(diào)壓器慢調(diào)至功率單元額定電壓，下發(fā)雙脈沖波形，觀察各參數(shù)是否符合測試要求。

調(diào)整脈寬：根據(jù)測試數(shù)據(jù)，調(diào)整T1和T3的脈寬時間，使First Pulse Icmax為單元額定輸出電流的根號2倍，Second Pulse Icmax為IGBT額定電流的2倍。如存在差異，單元停電放電后調(diào)整T1和T3時間。

五、測試數(shù)據(jù)讀取與分析

測試數(shù)據(jù)的讀取與分析是雙脈沖測試的重要環(huán)節(jié)，主要包括開通數(shù)據(jù)和關(guān)斷數(shù)據(jù)的分析。

開通數(shù)據(jù)：

開通延時時間Td(on)：從10%Vge到10%Ic的時間。

開通上升時間Tr(on)：從10%Ic到90%Ic的時間。

開通電流斜率di/dt：從50%Ic到90%Ic的斜率。

開通損耗Eon：按照公式計算，積分時間為10%Ic到10%的Vce。

關(guān)斷數(shù)據(jù)：

關(guān)斷延時時間Td(off)：從90%Vge到90%Ic的時間。

關(guān)斷下降時間Tf：從90%Ic到10%Ic的時間。

關(guān)斷電流斜率di/dt：從90%Ic到50%Ic的斜率。

關(guān)斷電壓斜率dv/dt：從50%Vce到70%Vce的斜率。

關(guān)斷損耗Eoff：按照公式計算，積分時間為10%Vce到10%的Ic。

六、雜散電感計算

雜散電感是影響IGBT性能的重要因素之一。在IGBT開通時，Ic開始增長，而此時上管IGBT的續(xù)流二極管處于反向恢復，該二極管沒有阻斷能力，上管Uce=0。在Ic開始增長時，雜散電感上感應(yīng)的電壓的方向與母線電壓相反的，此時在下管的Vce上測得的波形出現(xiàn)了一個缺口，這個缺口電壓產(chǎn)生的原因是雜散電感抵消了一部分母線電壓。

可以通過以下公式計算雜散電感Ls的數(shù)值：Us=Ls*(di/dt)。從示波器上讀出Us和di/dt，代入公式即可算出雜散電感Ls的數(shù)值。

七、注意事項

在進行IGBT雙脈沖測試時，需要注意以下幾點：

電流和電壓探頭的量程：在保證測試安全范圍內(nèi)盡量選小，減少測量誤差。

測試安全：在進行高壓測試時，務(wù)必確保測試設(shè)備和人員的安全。

數(shù)據(jù)準確性：測試數(shù)據(jù)的準確性對評估IGBT的性能至關(guān)重要，因此應(yīng)確保測試設(shè)備和測試方法的準確性。

測試環(huán)境：測試環(huán)境應(yīng)盡量接近實際應(yīng)用環(huán)境，以更好地反映IGBT在實際應(yīng)用中的性能。

八、結(jié)論

IGBT雙脈沖測試是一項重要的測試手段，通過測試可以評估IGBT在開通和關(guān)斷過程中的性能表現(xiàn)，為IGBT的選型和應(yīng)用提供重要參考。在進行測試時，需要選擇合適的實驗設(shè)備和測試方法，并嚴格按照測試步驟進行操作，以確保測試結(jié)果的準確性和可靠性。同時，還需要注意測試過程中的安全問題，確保測試設(shè)備和人員的安全。