变频器主电路测试规范

规范编码：RD-CRT-T00 版 本：V1.1 密 级： 机 密 测试规范

英威腾电气股份有限公司

测试部

生效日期：2010.04

页 数： 16 页

变频器主电路测试规范

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规范名称: 变频器主电路测试规范规范编码：RD-CRT-T00 版本更改原因更改说明更改人更改时间

V1.0 拟制新规范代建军2007.10.16 V1.1 规范升级更改部分验收准则韦启圣2010.04.22

评审会签区：

人员签名意见日期

董瑞勇

张科孟

张波

吴建安

刘小兵

目录

1、目的 (3)

2、范围 (3)

3、定义 (3)

4、引用标准和参考资料 (3)

5、测试环境 (3)

6、测试方法与判定准则 (3)

6.1 整流二极管反向耐压测试 (4)

6.2 整流模块绝缘耐压测试 (5)

6.3 IGBT栅-射极间漏电流测试（I GES） (5)

6.4 IGBT断态集-射极间漏电流测试（I CES） (6)

6.5 IGBT模块绝缘耐压测试 (7)

6.6 IGBT驱动波形测试 (8)

6.7 IGBT开通、关断时间测试 (10)

6.8 IGBT驱动电压幅值测试 (10)

6.9 IGBT上下桥驱动死区时间测试 (11)

6.10 整流二极管电压应力测试 (12)

6.11 整流二极管稳态电流应力测试 (13)

6.12 IGBT瞬态电压应力测试 (13)

6.13 IGBT瞬态电流应力测试 (14)

6.14 IGBT均流测试 (15)

附件1：IGBT模块Ices测试数据记录表 (15)

附件2：IGBT驱动波形及死区时间测试数据记录表 (16)

附件3：变频器输出短路测试数据表 (16)

变频器主电路测试规范

1、目的

检验我司变频器产品的主电路设计是否合理，验证在正常使用环境和恶劣使用环境下，功率器件的电压、电流应力是否满足功率器件的电压、电流应力降额要求。

2、范围

本规范规定了样机的主电路测试方法，适用于英威腾电气股份有限公司开发的所有变频器产品。

3、定义

l变频器主电路：是指包括功率半导体器件，如IGBT、整流二极管和IGBT的驱动、保护电路

l变频器额定运行：是指变频器工作在额定输入电压和缺省载频下，驱动适配电机50Hz 运行，输出额定电流。

l适配电机：与变频器同功率或者是大一功率，小一功率的电机，（不包括电机并联）4、引用标准和参考资料

（1）西门康功率模块应用手册

（2）三菱IGBT 模块应用手册

（3）富士IGBT 模块应用手册

5、测试环境

测试环境可分为常温实验室环境和环境试验箱。

受变频器体积大小不一和无法加载的限制，除小功率变频器（A、B、C、E体积变频器）外大部分变频器不能在环境试验箱中进行。目前将变频器整机测试环境统一为常温实验室环境。单独模块测试环境分常温实验室环境和环境试验箱。

6、测试方法与判定准则

6.1 整流二极管反向耐压测试

测试说明：

在变频器使用过程中由于电网波动或负载回灌电压过高会造成整流二极管反偏压过高，此测试是为了验证整流二极管的耐压能力。

测试设备：

CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限公司）

测试方法：

1.整流模块单独测试；

2.在常温下测试。给二极管加上反偏电压（阳极接负，阴极接正），测试电压为VRRM，

（Repetitive Peak Reverse V oltage反向重复峰值电压）记录此时的漏电流值。

3.在85℃环境温度下测试。可使用环境实验室的可程式恒温恒湿实验箱来对整流模块

进行加热，设定温度为85℃，设定湿度为0%（不控制湿度）。先将整流桥的各接线

端子用导线引出到实验箱外。加温至85℃并保持4小时以上，不冷却测试。给二极

管加上反向偏置电压，测试电压分别为：

4. 220V机种用整流模块，从1/2VRRM开始，以100V为步长逐渐增加至VRRM;

5.380V机种用整流模块，从2/3VRRM开始，以100V为步长逐渐增加至VRRM，记

录各电压点的漏电流大小。

6.在120℃环境温度下测试。继85℃温度下测试后直接升温至120℃，保持4小时后，

不冷却测试。给二极管加上反偏电压，测试电压分别为：

7. 220V机种用整流模块：从1/2VRRM开始，以100V为步长逐渐增加至VRRM;

8.380V机种用整流模块：从2/3VRRM开始，以100V为步长逐渐增加至VRRM，记

录各电压点的漏电流大小。

9.测试时，电压上升时间设定为10秒，电压保持时间为60秒，电压下降时间设定为

10秒，漏电流上限设定为10mA，漏电流下限设定为0。在电压保持时间内，如漏

电流值基本维持不变，可再向上提高一个步长的电压值进行测试，如漏电流急剧上

升，则可停止实验，记录此时的电压值，最大漏电流值，此时电压值即为最大耐受

电压。

验收准则：

若满足：常温下，测试电压≤V RRM，漏电流≤I RRM；

85℃温度下，测试电压≤V RRM，漏电流≤3I RRM；

120℃温度下，测试电压≤V RRM，漏电流≤5I RRM，

判定为合格，否则不合格。

（如器件资料中给定了85℃或120℃时的I RRM值，则依85℃或120℃时的I RRM值判定；如器件资料中未给定85℃或120℃时的I RRM值，则以上述标准判定）

注意事项：

1.整流二极管耐压测试时，耐压仪的测试模式选择为直流耐压测试；

2. 按照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接整流二极管的阴极，黑红色

测试线为负极，接整流二极管的阳极。

6.2 整流模块绝缘耐压测试

测试说明：

三相整流模块装配在同一块散热器上，大多数情况下，三相逆变模块也装配在同一块散热器上，而且散热器和机箱外壳是连接在一起的。整流模块绝缘性能不够可能会造成功率单元之间短路或变频器使用者发生触电危险。此测试是为了验证整流模块端子和模块底板之间的绝缘能力。

测试设备：

CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限公司）

测试方法：

1.整流模块单独测试；

2.在常温下测试。将整流模块的主端子全部短接起来，在主端子的短接线和模块基板

之间施加测试电压，测试电压值为器件数据表给定的V ISO（Isolation Breakdown V oltage）或V ISOL，记录测试过程的最大漏电流。测试时，电压上升时间设定为10

秒，电压持续时间为60秒，电压下降时间设定为10秒，漏电流上限设定为5mA，漏电流下限设定为0。

验收准则：

耐压测试结束器件未击穿损坏，且漏电流≤2mA，判定为合格，否则不合格。

注意事项：

1. 按照仪器使用说明书正确接线；

2. 在如果功率模块集成了整流、逆变单元，整流模块绝缘测试和逆变模块绝缘测试可

以合并进行，但注意另个把IGBT的门极端子全部短接好，在主端子和基板之间施加测试电压。

6.3 IGBT栅-射极间漏电流测试（I GES）

测试说明：

由于器件本身特性，电路寄生参数或器件间互相耦合的原因，会使IGBT栅-射极间有瞬时大电压，此测试是为了验证IGBT栅-射极耐压能力

测试设备：

TH2686电解电容漏电流测试仪（常州同惠电子有限公司）

测试方法：

1. IGBT模块单独测试；

2. 常温下测试。将IGBT集-射极短路，在栅-射极间加测试电压，栅极接正，射极接

负。测试电压分别为15V、20V、25V，分三次测试逐渐提高电压等级；

3. 测试时，充电时间设定为3S，测试时间为5S，最大允许漏电流数值设定为2I GES。

在测试时间内，如漏电流值基本维持不变，方可再向上提高一档电压等级进行测试，如漏电流急剧上升，则可停止实验，记录此时的电压值，最大漏电流值，此时电压

值即为最大耐受电压。

当满足栅-射极间漏电流≤I GES，且最大耐受电压≥20V时，判定为合格，否则不合格。注意事项：

1.在进行测试前，应先将IGBT集-射极短路。对于两串联IGBT模块，测试上桥时，

须将上桥的CE两端短接，测试下桥时，须将下桥的CE两端短接。对于三相IGBT

模块，不管是测试哪一相，也不管是测试上桥还是下桥，都必须将所测试的IGBT

的CE两端短接，上桥的CE和下桥的CE应分别短接；

2. IGBT栅-射极耐压测试时，测试模式选择为直流耐压测试；

3. 按照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接IGBT栅极，黑红色测试线

为负极，接IGBT发射极。

6.4 IGBT断态集-射极间漏电流测试（I CES）

测试说明：

变频器在换流过程中，由于di/dt 及寄生参数的影响，会使IGBT的V CE过高。此测试是为了验证IGBT集-射极耐压能力。

测试设备：

CS9932B型程控安规综合测试仪（南京长盛仪器有限公司）

测试方法：

1.IGBT模块单独测试；

2.在常温下测试。首先将IGBT的栅-射极之间用铜导线焊接使其可靠短路，再给IGBT

加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测试电压为V CES（Collector-emitter

saturation voltage），记录此时的漏电流，即为Ices（Collector-emitter cut-off current），并填写《IGBT模块断态漏电流(Ices)测试数据表》；

3.在85℃环境温度下测试。可使用环境实验室的可程式恒温恒湿实验箱来对IGBT模

块进行加热，设定温度为85℃，设定湿度为0%（不控制湿度）。先将IGBT的栅-

射极短路，并从IGBT的C极、E极引出测试线到实验箱外。加温至85℃并保持4

小时以上，不冷却测试。给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极接负），测

试电压分别为：

220V机种用逆变单元，从1/2V CES开始，以100V为步长逐渐增加至V CES；

380V机种用逆变单元，从2/3V CES开始，以100V为步长逐渐增加至V CES，测试

漏电流大小，并记录。测试时逐步提高电压等级；

4.在120℃环境温度下测试。继85℃温度下测试后再升温至120℃，保持4小时后，

不冷却测试。将IGBT栅-射极短路，给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极

接负），测试电压分别为：

220V机种用逆变单元，从1/2V CES开始，以100V为步长逐渐增加至V CES；

380V机种用逆变单元：从2/3V CES开始，以100V为步长逐渐增加至V CES，测试漏

电流大小，并记录。测试时逐步提高电压等级。

5.冷却至常温后测试。继120℃环境下测试后，自然冷却至常温（放置12小时以上），

再进行测试。将IGBT栅-射极短路，给IGBT加上正偏电压（集电极接正，发射极

接负），测试电压为V CES，记录此时的漏电流。

当满足：常温下测试电压≥V CES，漏电流≤I CES ；

85℃高温下测试电压≥V CES，漏电流≤3I CES ；

120℃高温下测试电压≥V CES，漏电流≤5I CES ；

判定为合格，否则不合格。

（如器件资料中给定了85℃或120℃时的I CES值，则依85℃或120℃时的I CES值判定；如器件资料中未给定85℃或120℃时的I CES值，则以上述标准判定）

注意事项：

1. 在进行测试前，必需将IGBT栅-射极之间可靠短路，推荐直接用铜导线通过锡焊连

接的方式来进行短接。对于两串联IGBT模块，不管是测试上桥还是下桥，都必须将

上下桥的门极分别短接起来（上下桥门极之间不能短路）。对于三相IGBT模块，不

管是测试哪一相，也不管是测试上桥还是下桥，都必须将每一相的上下桥的门极都

短接起来，三相上桥的门极须独立短接，三相下桥的门极可短接在一起；

2. 为了方便测试，在将IGBT模块放入实验箱之前可将模块各个测试端子用导线引出到

箱体外；如果是用螺钉连接的端子，要特别注意选用适合的螺钉长度，以免过长的

螺钉破坏到IGBT内部的晶圆。

3. IGBT集-射极耐压测试时，测试仪器的测试模式选择为直流耐压测试；

4. 按照仪器使用说明书正确接线，红色测试线为正极，接IGBT集电极，黑色测试线

为负极，接IGBT发射极。

6.5 IGBT模块绝缘耐压测试

测试说明：

三相逆变模块装配在同一块散热器上，大多数情况下，也和三相整流模块装配在同一块散热器上，而且散热器和机箱外壳是连接在一起的。逆变模块绝缘性能不够可能会造成功率单元之间短路或变频器使用者发生触电危险。此测试是为了验证逆变模块端子和模块底板之间的绝缘能力。

测试设备：

CS9932B型安规综合测试仪（南京长盛仪器有限公司）

测试方法：

1. 模块单独测试；

2. 在常温下测试。将IGBT模块的主端子和门极端子分别短接起来，在主端子和模块

基板之间施加测试电压，测试电压为器件数据表给定的V ISO或V ISOL，记录测试过程的最大漏电流。测试时，电压上升时间设定为10秒，电压持续时间为60秒，电压下降时间设定为10秒，漏电流上限设定为10mA，漏电流下限设定为0。

验收准则：

耐压测试结束，器件未击穿损坏，且漏电流≤2mA，判定为合格，否则不合格。

注意事项：

1. 按照仪器使用说明书正确接线；

2. 如果功率模块集成了整流、逆变单元，整流模块绝缘测试和逆变模块绝缘测试可以

合并进行，但注意另外把IGBT的门极端子全部短接好，在主端子和基板之间施加测试电压。

6.6 IGBT驱动波形测试

测试说明：

测试变频器在不同的运行状态下，IGBT驱动波形是否正常

测试设备：

数字示波器

测试方法：

1. 在变频器上测试；

2. 测量IGBT门极引脚处的电压波形。为了尽量减小波形失真，建议使用隔离电源给示波器供电，并使用如下图所示的两种方法连接示波器探头。（图1使用带短地线的探头帽，图2使用同轴转接头自制的小工具。）

图1 图2

3. 波形观察：观察1个SPWM周期和3~5个开关周期的波形，看是否有异常。

4. 波形测试：测量单次开通关断门极电压波形，同时也可测量门极电流波形（利用示

波器的逻辑运算功能，可测量出门极驱动波形功率）。测试变频器在正常运行时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载状态下的门极驱动电压波形（包括开通和关断波形），并记录；

5. 变频器载频为缺省载频，测量变频器处于限流、临界过压（过压点设为最大值）、短

路状态下的门极驱动电压波形（包括开通和关断波形），并记录；

验收准则：

1. 如图3、图4中的开通波形平滑无震荡，或有少许震荡，但震荡峰值电压不超过±

20V，判定为合格。

图3 图4

如图5中，开通波形中有段跌落，且跌至门槛电压以下；图6中开通波形有剧烈震荡，且震荡峰值电压超过20V，均判定为不合格。

图5 图6

如图7，关断波形中有剧烈震荡，且震荡峰值电压低于-20V，判定为不合格

图7

注意事项：

1.焊接的IGBT应按照如图1所示的方法连接示波器探头，插接的IGBT若不便于如

图1所示放置探棒，可用标准探头，但需将地线缠绕在探棒上，尽量使探头主信号

线与地线构成的回路面积最小。

2.为了尽量减小由于示波器各通道之间相互耦合造成测试波形失真的影响，六桥驱动

波形单独抓取。

3.如需同时测量上下桥驱动电压波形，一定要将所使用的两个通道隔离。即一个通道

用普通探头测量，另一个通道用有源差分探头测量，并且注意把有源差分探头的电

源隔离或将差分探头的电源适配器的地线端去掉，否则可能会损坏差分探头。

4.抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1μS/div, 纵轴幅值轴设为5V/div。每种运行状

态下，分以下两种情况记录波形：IGBT通过电流时的开通关断波形和续流二极管

通过电流时的开通关断波形。

6.7 IGBT开通、关断时间测试

测试说明：

IGBT开关时间的快慢直接影响模块的开关损耗、IGBT关断时的V CE及硬件死区时间。测试设备：

数字示波器

测试方法：

1.在整机上测试；

2.IGBT开通、关断时间测试可以在IGBT驱动波形测试的过程中进行，记录波形的

Rise time与Fall time，即为IGBT开通与关断时间；

3.测量变频器在正常运行时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载、限流状态

下的IGBT开通、关断时间，并填写《驱动波形及驱动死区时间测试数据表》。

验收准则：

如0.3μS≤开通时间≤4.0μS , 0.3μS≤关断时间≤3.0μS ，判定为合格，否则不合格

注意事项：

1.用示波器测量波形时，要使探棒回路面积尽量小；

2.如果同时测量上下桥驱动电压波形，必须使两个测量通道之间相隔离。即一个通道

用普通探头测量，另一个通道用高压差分探头测量，并且注意把有源差分探头的电

源隔离或将差分探头的电源适配器的地线端去掉，否则可能会烧坏差分探头。

3.抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1μS/div, 纵轴幅值轴设为5V/div。

6.8 IGBT驱动电压幅值测试

测试说明：

测试变频器在不同的运行状态下，IGBT驱动电压幅值是否正常。

测试设备：

数字示波器

测试方法：

1.在变频器上测试；

2.IGBT开通、关断驱动电压幅值测试可以在IGBT驱动波形测试的过程中进行，记

录波形的Top与Base，即为IGBT开通驱动电压幅值与关断驱动电压幅值；

3.测量变频器在正常运行时载频为缺省载频，负载分别为电机空载、满载、限流状态

下的IGBT开通、关断驱动电压幅值，并填写《驱动波形及驱动死区时间测试数据

表》。

验收准则：

如13.0V≤开通驱动电压幅值≤16.0 V，-12V≤关断驱动电压幅值≤0V，判定为合格，否则不合格

注意事项：

1用示波器测量波形时，要使探棒回路面积尽量小；

2如果同时测量上下桥驱动电压幅值，必须使两个测量通道之间相隔离。

3抓取波形时，示波器横轴时间轴设为1u S/div, 纵轴幅值轴设为5V/div。

6.9 IGBT上下桥驱动死区时间测试

测试说明：

IGBT上下桥死区时间的长短直接影响变频器工作的安全可靠性和输出电流谐波。

测试设备：

数字示波器

测试方法：

1. 本测试规范中IGBT上下桥死区时间定义为：从上桥（下桥）IGBT栅-射极驱动电压

降至0V到下桥（上桥）IGBT栅-射极驱动电压升至0V的时间，如图8所示：

图8