IGBT双脉冲测试的测量参数及波形分析

IGBT开关参数定义

通过双脉冲测试，可以得到IGBT的各项开关参数。

图1 IGBT开关参数定义

如图1所示，IGBT开关参数的定义如下：

开通延迟时间（td on）：IGBT开通时，从栅极电压为Vge的10%开始,到集电极电流上升至Ic的10%为止，这一段时间被定义为开通延迟时间。

开通上升时间（tr）：IGBT开通时，从集电极电流上升至Ic的10%开始,到集电极电流上升至Ic的90%为止，这一段时间被定义为开通上升时间。

关断延迟时间（td off）：IGBT关断时，从栅极电压为Vge的90%开始,到集电极电流下降到Ic的90%为止，这一段时间被定义为关断延迟时间。

关断下降时间（tf）：IGBT关断时，集电极电流从Ic的90%下降到Ic的10%为止，这一段时间被定义为关断下降时间。

开通损耗（Eon）：IGBT在一个单脉冲开启过程中内部耗散的能量。即对时间的积分，积分时间自集电极电流上升至Ic的10%的时刻起,至集电极-发射极电压下降至Vce的2%为止（不同厂商对该百分比有不同定义，这里参照英飞凌标准）。如图1所示，具体计算公式如下：

关断损耗（Eoff）：IGBT在一个单脉冲中，关断过程中内部耗散的能量。即对时间的积分，积分时间自集电极-发射极电压上升至Vce的10%的时刻起,至集电极电流下降至Ic的2%为止（不同厂商对该百分比有不同定义，这里参照英飞凌标准）。如图1所示，具体计算公式如下：

双脉冲测试波形分析

1、IGBT开通波形分析

C1通道（黄线）:Vce、 C2通道（紫线）:Vge、 C3通道（蓝线）:Ic

图2 IGBT开通波形

如图2所示为IGBT实测开通波形（二次开通时），需要关注的信息如下：

（1）Vce电压变化情况

在IGBT正常开通波形中，当Ic开始上升时，Vce略有下降（如图中橙线所示），下降到一定数值后保持不变，此时Vce的下降值由杂散电感Ls及di/dt决定，即

（可通过该方法计算线路的杂散电感大小）；当Ic上升到最大值时，Vce开始迅速下降。

（2）二极管的反向恢复电流的di/dt

续流过程中di/dt由外部电路决定，反向恢复过程中的di/dt由二极管决定。

（3）二极管的反向恢复电流的峰值

二极管反向恢复电流的峰值决定了Ic的尖峰值的大小。

（4）电流拖尾震荡问题

观察反向恢复后电流是否有震荡，拖尾有多长。拖尾震荡情况将影响IGBT的实际使用频率。

2、IGBT关断波形分析

C1通道（黄线）:Vce、 C2通道（紫线）:Vge、 C3通道（蓝线）:Ic

图3 IGBT关断波形

如图3所示为IGBT实测关断波形（第一次关断时），需要关注的信息如下：

（1）关断瞬间的电流值

实测过程中，通过对脉冲宽度的控制，使关断瞬间的电流达到被测IGBT的标称值，从而进行IGBT相关关断参数的测量与计算。

（2）Vce的变化速率

关断过程中dv/dt大小通常用于评估IGBT的性能，这个参数越大，说明能承受的增量越强。同时参数越大，IGBT器件应用时损耗越小，其能承受的工作频率越高。

（3）Vce的峰值

Vce的电压尖峰，是直流母线杂散电感Ls与di/dt的乘积，通过观察这个尖峰，可以评估IGBT在关断时的安全程度。Vce尖峰一般都客观存在，在短路或者过载时，这个尖峰会达到最高值，比正常工作时要高得多，通常可以使用有源钳位电路进行抑制。