GTR和IGBT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的研究

1、文章編號(hào):1006-155X(200002-100-04GTR和IG BT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的研究彭端,彭珞麗(廣東工業(yè)大學(xué)電子信息工程系,廣州510643摘要:研究一種采用通用示波器測(cè)試G TR和IG BT動(dòng)態(tài)特性的簡(jiǎn)易裝置,介紹由intel8098單片機(jī)硬軟件技術(shù)構(gòu)成PW M信號(hào)脈沖源,給出了進(jìn)口G TR模塊2DI50D-100(50A/1200V和IG BT模塊2M BI50L-120(50A/1200V的測(cè)試結(jié)果.關(guān)鍵詞:動(dòng)態(tài)特性;測(cè)試;絕緣柵雙極型晶體管;雙極型晶體管中圖分類號(hào):T N32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A隨著新型電力電子器件的迅速發(fā)展,電力電子技術(shù)逐漸在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中得到廣泛應(yīng)用.然而國(guó)內(nèi)在開(kāi)發(fā)

2、和研制G TR和IG BT電力電子應(yīng)用裝置時(shí),大都以國(guó)外器件制造商提供的G TR和IG BT模塊產(chǎn)品樣本給出的特性參數(shù)作為電力電子電路設(shè)計(jì)及參數(shù)選擇的依據(jù),缺乏簡(jiǎn)易便捷的測(cè)試手段對(duì)進(jìn)口G TR和IG BT模塊進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性測(cè)試,更無(wú)法判別模塊質(zhì)量的優(yōu)劣,因此研究G TR和IG BT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試方法和簡(jiǎn)易便捷裝置是G TR和IG BT模塊應(yīng)用的基礎(chǔ)性工作1.1G TR和IG BT模塊動(dòng)態(tài)特性測(cè)試原理G TR和IG BT模塊在電力電子裝置中大都運(yùn)行在導(dǎo)通、關(guān)斷、截止、開(kāi)通四種狀態(tài),且以高頻開(kāi)關(guān)速度轉(zhuǎn)換(一般開(kāi)關(guān)頻率大于1kH z,其動(dòng)態(tài)特性是在一定驅(qū)動(dòng)脈沖和負(fù)載、散熱條件和溫度下,觀測(cè)G TR和IG

3、 BT模塊的導(dǎo)通時(shí)間和關(guān)斷時(shí)間、導(dǎo)通飽和電壓V CE(S AT等,測(cè)試方法及標(biāo)準(zhǔn)參照國(guó)標(biāo)G B4587-84雙極型晶體管測(cè)試方法和G B/T-17007-1997 絕緣柵雙極型晶體管測(cè)試方法23.G TR和IG BT模塊分別是電流型控制開(kāi)關(guān)器件和電壓型控制開(kāi)關(guān)器件,動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路條件信號(hào)源部分相同,而驅(qū)動(dòng)電路、保護(hù)電路、測(cè)試電路、輔助電源等部分不同,因此測(cè)試裝置可采用模塊化設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)以適應(yīng)G TR和IG BT模塊在同一套裝置中測(cè)試的需要,G TR和IG BT模塊動(dòng)態(tài)特性測(cè)試原理電路如圖1、圖2所示4.測(cè)試電路由微機(jī)控制占空比可調(diào)脈沖源、G TR或IG BT驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路、電流測(cè)量元件LE M模

4、塊、負(fù)載電阻R L、可調(diào)直流電壓源V DD、被測(cè)G TR和IG BT模塊、輔助電源等部分組成.圖1G TR動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路圖2IG BT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試電路收稿日期:1999-09-27作者簡(jiǎn)介:彭端(1963-,男,湖北武漢人,副教授,從事電力電子技術(shù)應(yīng)用的教學(xué)和科研.基金來(lái)源:廣東省重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(943301-2056.第33卷第2期2000年4月武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)J.Wuhan Univ.of Hydr.&E lec.Eng.V ol.33N o.2Apr.2000圖1中,LE M1測(cè)量G TR基極電流I b,經(jīng)測(cè)量電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出到示波器通道1(CH1中,LE M2測(cè)量G TR

5、集電極電流I c,經(jīng)測(cè)量電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出到示波器通道2(CH2中,經(jīng)標(biāo)定即可在示波器上顯示G TR基極電流I b和集電極電流T c的波形,反映G TR動(dòng)態(tài)特性曲線2.同理如圖2所示,V GE是IG BT柵-射極電壓信號(hào)輸出到示波器通道1(CH1中,LE M2測(cè)量IG BT集電極電流I c,經(jīng)測(cè)量電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)輸出到示波器通道2(CH2中,經(jīng)標(biāo)定即可在示波器上顯示IG2 BT柵-射極電壓V GE和集電極電流I c的波形,反映IG BT動(dòng)態(tài)特性曲線5.2微機(jī)控制脈沖信號(hào)源微機(jī)控制脈沖信號(hào)源由intel8098單片機(jī)硬軟技術(shù)構(gòu)成可控PW M脈沖源,2位LE D顯示占空比,監(jiān)控程序存放在27

6、C256EPROM中,晶振6MH z, intel8098PW M端輸出PW M脈沖周期128s,脈沖頻率7.812kH z,設(shè)有5只鍵盤(pán),鍵值分別為01H、02H、03H、04H、05H,intel8279分別讀出并轉(zhuǎn)換成PW M控制字,送入intel8098單片機(jī)的PW M寄存器中,intel8098單片機(jī)P2.5引腳分別輸出占空比為10%、20%、30%、40%、50%的PW M脈沖,經(jīng)光電耦合器隔離送到驅(qū)動(dòng)電路.過(guò)流保護(hù)信號(hào)經(jīng)intel 8098單片機(jī)I NT外中斷,監(jiān)控程序執(zhí)行過(guò)流保護(hù)中斷服務(wù)程序,封鎖PW M脈沖.由于PW M寄存器是8位,數(shù)字最大誤差為01H,即0.5s,微機(jī)控制

7、脈沖信號(hào)源構(gòu)成框圖如圖3所示6 .圖3微機(jī)控制脈沖源3G TR模塊驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路為了實(shí)現(xiàn)器件安全無(wú)損測(cè)試,必須設(shè)計(jì)完善的驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路,且驅(qū)動(dòng)波形滿足器件測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)的要求,G TR驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路如圖4所示.PW M信號(hào)經(jīng)與非門(mén)N6、光耦V01傳送給G TR驅(qū)動(dòng)電路,G TR 過(guò)流檢測(cè)信號(hào)V be經(jīng)比較器N1、光耦V02、與非門(mén)N2、N3、R-S觸發(fā)器傳送,一方面向CPU申請(qǐng)中斷,另一方面通過(guò)與非門(mén)N6經(jīng)封鎖PW M信號(hào)且使發(fā)光二極管VD5發(fā)光,顯示過(guò)流信息.VD3是被測(cè)G TR元件V CE飽合電壓檢測(cè)器,當(dāng)G TR過(guò)流時(shí)V CE 電壓升高,經(jīng)二極管VD2使三極管VT3截止,導(dǎo)致VT4、VT5截止

8、,VT6導(dǎo)通,被測(cè)G TR元件VT7截止 .圖4G TR驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路第2期彭端等:G TR和IG BT動(dòng)態(tài)特性測(cè)試的研究1014IG BT 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路IG BT 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路如圖5所示,采用15V 電源,PW M 信號(hào)經(jīng)與非門(mén)N 1、光耦V01傳送,即A 為“1”時(shí),與非門(mén)N 1輸出“0”,B 為“0”,VT 1導(dǎo)通,C 為“1”,此時(shí)電源電壓經(jīng)R 4、R 5分壓后,D 點(diǎn)電壓低于VZ 1擊穿電壓,VT 2、VT 3截止.此時(shí)電源電壓經(jīng)R 7、R 8分壓后,VT 4導(dǎo)通,E 為“0”,VT 5、VT 6截止,VT 7導(dǎo)通,IG BT 加上+15V 導(dǎo)通電壓.VD 1是IG BT 飽和電

9、壓檢測(cè)器,IG BT 過(guò)流時(shí),導(dǎo)通飽和電壓V CE 升高,經(jīng)VD 1,D 點(diǎn)電壓也升高,當(dāng)D 點(diǎn)電壓高于VZ 1擊穿電壓時(shí),VT 2、VT 3導(dǎo)通,VT 7截止,IG 2BT 截止.VD 2和C 3組成過(guò)流軟關(guān)斷電路,VT 2導(dǎo)通,經(jīng)光耦V02、與非門(mén)N 2、N 3、R -S 觸發(fā)器傳送,一方面向CPU 申請(qǐng)中斷,另一方面通過(guò)與非門(mén)N 1封鎖PW M 信號(hào)且發(fā)光二級(jí)管VD 5發(fā)光顯示過(guò)流信息 .圖5IG BT 驅(qū)動(dòng)及保護(hù)電路5測(cè)試結(jié)果根據(jù)上述原理研制G TR 、IG BT 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試對(duì)象G TR 模塊2DI50D -100,下橋臂G TR ,PW M 脈沖占空比=20%和=40%.基極驅(qū)

10、動(dòng)電流測(cè)量LE M 1:LT 25-P ,2匝,測(cè)量電阻1001%.集電極電流測(cè)量LE M 2:LA50-P ,1匝,測(cè)量電阻1001%.負(fù)載電阻RX20-55%/500W ,3串2并,共計(jì)2.5/9000W ,室溫強(qiáng)風(fēng)冷條件下示波器拍攝I b 、I c 波形如圖6、圖7所示,從測(cè)試波形中可清楚觀測(cè)G TR 模塊動(dòng)態(tài)特性 .CH1:I b =1A/格(上CH2:I c =10A/格(下橫坐標(biāo):t =20s/格圖6G TR 動(dòng)態(tài)特性(=20% CH1:I b =1A/格(上CH2:I c =10A/格(下橫坐標(biāo):t =20s/格圖7G TR 動(dòng)態(tài)特性(=40%102武漢水利電力大學(xué)學(xué)報(bào)2000

11、CH1:V G E =10V/格(上CH2:I c =10A/格(下橫坐標(biāo):t =20s/格圖8IG BT 動(dòng)態(tài)特性(=20% CH1:V G E =10V/格(上CH2:I c =10A/格(下橫坐標(biāo):t =20s/格圖9IG BT 動(dòng)態(tài)特性(=40%5.2IG BT 動(dòng)態(tài)特性測(cè)試測(cè)試對(duì)象模塊2M BI50L -120,下橋臂IG BT ,PW M 脈沖占空比=20%和=40%,柵極驅(qū)動(dòng)電壓V GE =15V ,集電極電流測(cè)量LE M 2:LA50-P 1匝測(cè)量電阻1001%,負(fù)載電阻RX20-55%/500W ,3串2并,共計(jì)2.5/9000W ,室溫強(qiáng)風(fēng)冷條件下示波器拍攝V GE 、I

12、c 波形如圖8、圖9所示,從測(cè)試波形中可清楚觀測(cè)IG BT 模塊動(dòng)態(tài)特性.參考文獻(xiàn):1彭端,彭珞麗.IG BT 靜態(tài)特性測(cè)試儀的研究J .電力電子技術(shù),1997,3(1:83-84.2G B/T -17007-1997絕緣柵雙極型晶體管測(cè)試方法S.中華人民共和國(guó)國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局,1997.3G B4587-84雙極型晶體管測(cè)試方法S.中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)局,1984.4張秀澹.IG BT 特性的測(cè)量方法J .電力電子技術(shù),1995,29(1:68-70.5彭珞麗,彭端.功率晶體管模塊靜態(tài)特性測(cè)試J .廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),1997,14(1:68-70.6劉復(fù)華.8098單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)M.

13、北京:清華大學(xué)出版社,1992.R esearch on GTR and IGBT dynamic characteristic testPE NG Duan ,PE NGLuo 2li(Dept.of E lectronic &In formation Engineering ,G uangdong University of T echnology ,G uangzhou 510643,China Abstract :A sim ple instrument for measuring G TR and IG BT dynamic characteristics with general oscilloscope is devel 2oped.The authors describe the PW M pulse signal s ource com posed of intel8098hardware and s oftwa