雜散電感對(duì)IGBT開關(guān)過(guò)程的影響

1 簡(jiǎn)介
IGBT的開關(guān)損耗特性研究對(duì)IGBT變流器設(shè)計(jì)具有重要的意義，在有結(jié)構(gòu)緊湊性要求或可靠性要求較高或散熱條件特殊的場(chǎng)合，都需要嚴(yán)格按器件損耗特性進(jìn)行大余量熱設(shè)計(jì)以保證IGBT及IGBT變流器的溫升在長(zhǎng)期可靠性運(yùn)行所允許的范圍之內(nèi)。IGBT 是主流中大容量/中高速器件，開關(guān)損耗特性研究得到一貫重視。作為典型MOS門極壓控器件，其開關(guān)損耗主要決定于開關(guān)工作電壓、電流、溫度以及門極驅(qū)動(dòng)情況等因素，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如主回路雜散電感會(huì)影響IGBT的開關(guān)特性，進(jìn)而影響開關(guān)損耗，任何對(duì)其開關(guān)性能的研究都必然建立在實(shí)驗(yàn)測(cè)試基礎(chǔ)之上，并在實(shí)際設(shè)計(jì)中盡量?jī)?yōu)化以降低變流回路雜散電感。 圖1 功率開關(guān)開關(guān)性能測(cè)試平臺(tái)原理
圖1是典型的IGBT 開關(guān)特性測(cè)試平臺(tái)工作原理，其基本形式是用IGBT、二極管、電感、直流電源組成斬波器，模擬各種開關(guān)工作狀態(tài)，用于測(cè)試，電路如圖1(a)。其中DUT 是被測(cè)試的帶反并聯(lián)二極管IGBT（Device Under Test），與完全相同的IGBT 組成一個(gè)橋臂，再串聯(lián)以同軸電流傳感器（Coaxial Shunt），跨于直流母線與參考電位（地電位）之間。DUT 的對(duì)管門極反偏以確保可靠阻斷，這使得它僅僅擔(dān)當(dāng)一個(gè)二極管（D）的角色，用以續(xù)流，而電感L跨接在橋臂中點(diǎn)與母線上，作為斬波器的負(fù)載。DUT 的門極驅(qū)動(dòng)則受控可調(diào)，一般按雙脈沖形式組織，如圖1(b)所示。在直流母線可用前提下，從t0 時(shí)刻開始DUT 被觸發(fā)導(dǎo)通，直流電壓施加于電感L 上，使得其電流從零開始線性上升，到時(shí)刻t1，DUT 電流（亦即電感電流）上升到所希望的測(cè)試值，關(guān)斷DUT，可進(jìn)行關(guān)斷特性紀(jì)錄測(cè)量。DUT 的阻斷維持到t2 時(shí)刻，期間電感電流通過(guò)對(duì)管反并二極管續(xù)流，有輕微能量損失在續(xù)流二極管以及線圈電阻上，這一時(shí)間間隔程度選擇必須足夠長(zhǎng)以滿足關(guān)斷性能測(cè)試的最短時(shí)間要求，同時(shí)又應(yīng)該盡量短以減少電感電流因續(xù)流損耗而下降的幅度。t2 時(shí)刻DUT 再次開通，此時(shí)可在與t2 時(shí)刻類似的電壓電流條件下進(jìn)行器件開通特性測(cè)試。第二次導(dǎo)通持續(xù)到時(shí)刻t3，時(shí)間間隔因在滿足開通測(cè)試穩(wěn)定前提下盡量短，此后電感電流續(xù)流到自然衰減為零。類似電路應(yīng)該具備母線電壓調(diào)整功能、器件結(jié)溫控制功能以及DUT 門極驅(qū)動(dòng)條件調(diào)節(jié)能力、電壓電流數(shù)據(jù)采集能力等等。幾乎所有的器件廠商提供的開關(guān)特性數(shù)據(jù)都是基于以上結(jié)構(gòu)、原理測(cè)試獲得的。