雙脈沖測(cè)試法對(duì)英飛凌FF300R12ME4的測(cè)試和研究

1、雙脈沖測(cè)試法對(duì)英飛凌FF300R12ME4勺測(cè)試和研究姜東岳張鵬(山東山大華天科技股份有限公司，濟(jì)南 250101)摘要：本文介紹了 IGBT 雙脈沖測(cè)試法的原理及意義，并利用雙脈沖測(cè)試法對(duì)英飛凌 IGBTFF300R12ME4進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，并根據(jù)測(cè)試驗(yàn)證驅(qū)動(dòng)電阻、吸收電容等參數(shù)的設(shè)計(jì)合理性。關(guān)鍵詞：雙脈沖測(cè)試法，IGBTTesStudyoftheInfineonIGBTFF300R12ME4inDouble-PulseJIANGDongyueZHANGPeng(ShandongHoteamTechnologiesCo.,Ltd,Jinan250101)Abstract:Thispaperin

2、troducetheprincipiumofthedoublepulsetest,anddoTestingandStudyoftheInfineonIGBTFF300R12ME4inDouble-Pulse.Andtesttherationalityofthegatedriveresistance,absorptionofcapacitorsandotherparameters.Keywords:doublepulsetest;IGBT0 引言在逆變器常規(guī)設(shè)計(jì)中需要對(duì)電路進(jìn)行必要的測(cè)試，以掌握功率器件（如 IGBT 和快恢復(fù)二極管）的瞬態(tài)特性、開關(guān)速度及吸收電路的工作性能及吸收能力。通常來言，

3、對(duì)某個(gè)型號(hào)的 IGBT 參數(shù)認(rèn)知都是建立在此 IGBT 的數(shù)據(jù)手冊(cè)上，而且數(shù)據(jù)手冊(cè)上的測(cè)試數(shù)據(jù)是基于某一特定條件之上，與實(shí)際所應(yīng)用的環(huán)境條件有所差異。在實(shí)際設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)電阻、吸收電容等參數(shù)的設(shè)計(jì)是否合理都需要有一定的測(cè)試方法驗(yàn)證。雙脈沖測(cè)試法是解決這些問題的比較有效的方法。雙脈沖測(cè)試法可以很好的對(duì)功率器件的瞬態(tài)開關(guān)特性、短路特性及吸收電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行測(cè)試和研究，已經(jīng)成為功率器件的“標(biāo)準(zhǔn)”測(cè)試方法。本文利用雙脈沖測(cè)試法對(duì)英飛凌IGBTFF300R12ME4 進(jìn)行測(cè)試并驗(yàn)證 IGBT 參數(shù)及驅(qū)動(dòng)電阻、吸收電容等參數(shù)的合理性。1、雙脈沖測(cè)試法簡(jiǎn)介圖 1 雙脈沖測(cè)試法電路圖 1 是雙脈沖測(cè)試法的基本電路

4、，圖中 L 為空心電感（線性度好，不會(huì)飽和），IGBT 上管門極加負(fù)壓使其截止，使用直流源將直流母線電壓升高到實(shí)際工作電壓，對(duì) IGB 仆管加圖 2 所示的雙脈沖驅(qū)動(dòng)（驅(qū)動(dòng)時(shí)間需計(jì)算），使用高壓差分探頭測(cè)試 Vce 電壓、羅氏電流探頭測(cè)試 Ic 電流、普通探頭測(cè)試 Vge 驅(qū)動(dòng)電壓。此方法測(cè)試的是下管 IGBT 和上管的二極管。圖 2 理論測(cè)試波形從 t0 時(shí)刻 IGBT 開通到 t1 時(shí)刻 IGBT 關(guān)斷，電流線性的從 0 漲到 Icnom（IGBT 額定工作電流），根據(jù)I=Ut/L 計(jì)算出導(dǎo)通時(shí)間，調(diào)整導(dǎo)通時(shí)間可以調(diào)整 IGBT 電流在 t1 時(shí)刻達(dá)到額定電流。從 t1 到 t2 時(shí)刻，I

5、GBT 關(guān)斷，電流由上管的二極管續(xù)流緩慢衰減，從電流探頭上是看不到的，這個(gè)時(shí)間很短，續(xù)流能量減小很少，可以認(rèn)為電流沒變化。在 t2 時(shí)刻，下管 IGBT 再次導(dǎo)通，上管的續(xù)流二極管進(jìn)入反向恢復(fù)，此電流電流探頭可以測(cè)得到，此時(shí)刻可以觀察到二極管的反向恢復(fù)特性。在 t3 時(shí)刻，下管 IGBT 再次關(guān)斷，此時(shí)電流為 2 倍 Icnom（2 倍 IGBT 額定工作電流，此電流值是在 IGBT 的安全工作區(qū)內(nèi)），此時(shí)電流較大，受母線雜散電感的影響會(huì)產(chǎn)生比較高的電壓尖峰，此時(shí)刻主要是觀察電壓尖峰。2、實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備IGBT:英飛凌 FF300R12ME4驅(qū)動(dòng):CONCEPT2SD315A電感：自制空心電感

6、（是瞬時(shí)大電流，線不用太粗）示波器：安捷倫 DSO6014A高壓查分探頭：泰克 P5200A電流探頭：PC 除司羅氏電流探頭 CWT30B波形發(fā)生器：?jiǎn)纹瑱C(jī)自制3、雙脈沖測(cè)試計(jì)算及實(shí)測(cè)波形條件：1、自制空心電抗 80uH,2、直流母線電壓 700V,3、測(cè)試模塊 FF300R12ME4Icnom=300A由上述條件計(jì)算：t=IL/U=300*80/700=34.28us，由 Icnom 上升到 2 倍 Icnom 需要同樣的時(shí)間兩個(gè)開通脈沖的長(zhǎng)度都為 34.28us,中間關(guān)斷時(shí)間為 20us。將程序?qū)戇M(jìn)單片機(jī)，因電感測(cè)量會(huì)有一定誤差，并且 IGBT 開通和關(guān)斷都有延時(shí)，會(huì)造成一定的誤差，經(jīng)筆者

7、多次測(cè)試最終時(shí)間為 35.2us。圖 3 雙脈沖測(cè)試波形電壓 200V/div 電流 200A/div4、雙脈沖測(cè)試波形細(xì)節(jié)及相應(yīng)的 IGBT 外圍參數(shù)調(diào)整圖 4 是 IGBT 第一次關(guān)斷的波形，此時(shí)需關(guān)注，IGBT 的關(guān)斷時(shí)的 du/dt,是否在數(shù)據(jù)手冊(cè)之內(nèi)，依賴示波器的積分計(jì)算功能，可以計(jì)算出 IGBT 的關(guān)斷損耗?？筛鶕?jù)此時(shí)波形，合理的調(diào)整關(guān)斷驅(qū)動(dòng)電阻阻值。-Source，Slope廠1圖 4IGBT 第一次關(guān)斷時(shí)（t1 時(shí)刻）電壓電流波形圖 5 是實(shí)測(cè) IGBT 第二次開通的波形，此時(shí)能觀察到二極管的反向恢復(fù)特性，測(cè)算出損耗；開通驅(qū)動(dòng)電阻對(duì)二極管反向恢復(fù)峰值影響比較大，并且開通驅(qū)動(dòng)電阻

8、選擇不當(dāng)可能會(huì)引起比較大的震蕩，用動(dòng)態(tài)的方法來確定開通驅(qū)動(dòng)電阻阻值。02007/g2007/I4-34.5批1.000S/StopI|240VPkFki3）;No弧幅 JF呼（3小。sig 詞|RMPI1）:4966V圖 5IGBT 第二次開通時(shí)（t2 時(shí)刻）電壓電流波形圖 6 是實(shí)測(cè) IGBT 第二次關(guān)斷的波形，此時(shí)電流已經(jīng)達(dá)到 600A,到達(dá) IGBT 安全工作區(qū)的極限電流，此時(shí)Vce 電壓已經(jīng)達(dá)到 980V,測(cè)試使用的是 concept 公司的第一代驅(qū)動(dòng)，沒有有源鉗位，所以 Vce 電壓比較高,如果使用有有源鉗位技術(shù)的 SCALE21 動(dòng)，可以很有效的抑制 Vce 過沖。此波形可以驗(yàn)證選

9、用的尖峰吸收電容是否合適。圖 6IGBT 第二次關(guān)斷時(shí)（t3 時(shí)刻）電壓電流波形5、結(jié)束語介紹了 IGBT 雙脈沖測(cè)試的基本機(jī)理，IGBT 雙脈沖測(cè)試電路和實(shí)測(cè)波形與對(duì)應(yīng)的 IGBT 外圍參數(shù)調(diào)整，整個(gè)實(shí)驗(yàn)完全是在實(shí)際應(yīng)用的電路中進(jìn)行的測(cè)試，所以測(cè)試不僅能體現(xiàn) IGBT 本身的性能，還能體現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用電路設(shè)計(jì)的合理性。雙脈沖測(cè)試目的主要是三個(gè)方面：a、不同 IGBT 的參數(shù)對(duì)比；b、測(cè)試和調(diào)整功率模組外圍參數(shù)設(shè)計(jì)；c、驗(yàn)證功率模組的直流母線設(shè)計(jì)的合理性。參考文獻(xiàn)1魏煒.IGBT 雙脈沖測(cè)試方法介紹.2 DatasheetofInfineon.IGBTDoublePulseTest3 DatasheetofInfineon.technicalinformationforFF300R12ME44 DatasheetofConcept.DescriptionandApplicationM