IGBT的短路测试

时间： 2023-10-26 来源：阿基米德半导体公众号

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在我们设计产品进行IGBT选型的时候，我们在关注电流、电压、损耗等等性能参数中，短路耐量一直是备受关注的一点。而这时的关注也仅仅是“人群中多看你一眼”的节奏，有没有后续还得看实际测试，这也是众多规格书中基本存在的一句话“仅作参考”。所以，切实有效的测试才是下决定前最重要的一环，不同的工况有着不一样的需求，只有切实地验证之后才能较为放心大胆的使用。

一般情况下，器件厂家会针对其IGBT进行短路耐量的验证，需要IGBT自身拥有足够的抗短路浪涌电流的能力，这与其本身的芯片设计有关。但是一般器件厂商的测试仅仅是针对器件，而不同的应用场景，不同的外部电路等等因素会导致短路过程中出现异常的振荡。我们说，IGBT的双脉冲实验和短路实验一般都会在一个阶段进行，但是有的时候短路测试会被忽略，原因有些时候会直接对装置直接实施短路测试，但是此时实际上并不是彻底和充分的。常见的情况有：

①没有进行IGBT短路实验

觉得这个实验风险太大，容易炸管子，损失太大或者觉得短路时电流非常大，这样很恐怖。

②进行了短路测试

但是测试时候的判断标准较简单，对IGBT的短路行为没有进行较为仔细的观察和考证。这样做可能会导致后期装置出现由于IGBT短路相关导致的故障时，排查和处理起来较为麻烦，所以在使用起初，认真地对IGBT进行短路测试是非常必要的。

短路分为两种：“一类短路”和“二类短路”

一类短路：一般为桥臂直通导致的，硬件或软件失效造成的，此时短路回路中的电感量很小(100nH)，一般我们会采用VCE(sat)检测来实现短路保护。

二类短路：一般为相间短路或者是相对地短路，此时短路回路中的电感较大(uH级别)，可以使用VCE(sat)检测或是使用霍尔检测电流变化来实现短路保护，这类短路中的电感量是不确定的。

一般我们所说的短路测试是一类短路情形来说的，下面就让我们来了解下IGBT的短路测试到底是什么样的。

一类短路测试原理

一类短路测试方法一：

陪测管用粗短的铜线进行短路，对待测管释放一个单脉冲，短路就形成了。短路测试示意图如下：

一类短路测试方法二：

给陪测IGBT驱动器一个常高信号，使陪测管保持一直开通，再给待测管发单脉冲。这个实验的优点是，确保短路回路中的电感量就是直流母线的杂散电感，足够低。示意图如下：

一类短路测试步骤：

（1）在弱电情况下，确认所发单脉冲是否正常（脉宽、幅值等）；

（2）将母线电压调至20~30V，发送一个单脉冲，此时也会发生短路，会有一定的电流，利用此步骤确认电流探头的方向及其他各物理量测量是否正确，同时确认示波器能否正确捕捉该瞬间；这个步骤会比较安全；

（3）母线加到额定点，将进线接触器断开，放出单脉冲，装置会发出“咚”的一声响，确认示波器捕捉到该时刻；

特别注意：

(1) 第一次发小于额定脉宽（中低压模块额定脉宽一般在4-6μs左右）的脉冲实际上是一种尝试性测试，其目的是，在尽量低风险的情况下，对设备的短路性能进行最初步的摸底；

(2) 如果第一次额定脉宽下测试已经发现波形有问题，则需要整改；

(3) 如果第一次额定脉宽下测试发现IGBT没有发生退饱和现象，则可能意味着短路回路电感量太大，需要整改；

(4) 如果第一次额定脉宽下测试发现波形正常，可以增加脉宽进行短路耐量测试，如果发现驱动器释放出来的脉冲不再增长，则意味着驱动器对IGBT进行了保护，否则，意味着驱动器保护电路设置有问题，需要整改。

一类短路测试实例

下图是阿基米德公司某款模块一类短路测试的实验结果：

1) 关注短路电流的最高值，与Datasheet中标注的值进行比较，峰值是否过高，电流是否存在震荡；

2) 用电流的上升率di/dt以及电压差求出短路回路中的全部电感量，再减去之前测出的杂散电感，就能得到插入的铜排的感量；

3) 从IGBT退饱和算起，至电流被关断期间的时间是否控制在额定脉宽内，这个条件是不可以妥协的；

4) 关注Vce电压，需要多久才退饱和；在关断时刻时，Vce电压尖峰有多高，是否存在危险，有源钳位是否动作；

实际上模块一类短路测试中还会遇到各种问题，例如短路栅极震荡、峰值电流过高等问题，这些问题的研究对于模块设计具有一定的指导意义，后续会针对短路测试中出现的部分问题进行专题研究，敬请期待。

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