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。

在保证IGBT电压和电流处在安全工作区内的情况下，逐渐放大脉宽，以测试极限情况下各部分电路和器件的表现。

图六：t≥t3阶段
如图六所示，在t3时刻，IGBT第二次关断，此时电感电流达到最大值。

如前所述，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ce端会产生一定的电压尖峰。

待IGBT完全关断后电感通过二极管续流，电流缓慢减小直至零。

双脉冲测试可以评估哪些方面的问题
I型三电平双脉冲测试
图七：测试Q1-IGBT和D5二极管
如图七所示，当I型三电平工作在第一象限时，测试对象为I型三电平拓扑中Q1和D5，测试时给Q1发双脉冲驱动，Q2处于常通状态，Q3和Q4处于关断状态，电感连接在母线的N端和桥臂输出端，图中标红的器件显示了Q1导通和关断时的电流通路。

图八：测试Q3管和D1二极管
如图八所示，当I型三电平工作在第2象限时，测试对象为I型三电平拓扑中Q3和D1，测试时给Q3发双脉冲驱动，Q2处于常通状态，Q4处于关断状态，电感连接在N端和桥臂输出端，图中标红的器件显示了Q3导通和关断时的电流通路。

同理，通过改变驱动位置和电感的接法，可以测试工作在第三象限和第四象限情况下的另外的IGBT和二极管。