IGBT的短路测试
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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