本文主要探討關(guān)于IGBT單/雙脈沖測試六大方面。如有疑問，歡迎在評(píng)論區(qū)留言。
- 測試意義
- 測試說明
- 測試電路
- 雙脈沖測試分析
- 單脈沖測試分析
- Cge外接電容的影響
下面進(jìn)入正題：
1. 測試意義
- 對(duì)比不同品牌、不同系列的IGBT參數(shù)和性能；
- 得到IGBT在開關(guān)過程中的主要參數(shù)，用來評(píng)估開通驅(qū)動(dòng)電阻、關(guān)段驅(qū)動(dòng)電阻的數(shù)值是否合適，母線回路的寄生電感是否過大，選型的IGBT額定電壓、額定電流的余量空間是否合適等等；
- 測試IGBT在工作時(shí)的實(shí)際性能，例如開關(guān)損耗、導(dǎo)通損耗、反向恢復(fù)損耗、驅(qū)動(dòng)波形是否有震蕩、關(guān)段尖峰電壓是否滿足降額要求，以及IGBT的退保和時(shí)間是否滿足設(shè)計(jì)要求和驅(qū)動(dòng)電路是否可靠動(dòng)作；
2. 測試說明
IGBT單/雙脈沖測試主要是用來模擬IGBT在實(shí)際使用中出現(xiàn)的短路情況，IGBT短路分為一類短路和二類短路，分別對(duì)應(yīng)于IGBT模擬測試中的單脈沖測試和雙脈沖測試。
一類短路為逆變器橋臂內(nèi)的短路情況，二類短路為逆變器橋臂間的短路情況。
一類短路特點(diǎn)：
- 橋臂內(nèi)直通或短路；
- 硬件失效或軟件失效；
- 短路回路中的電感量很小，100nH級(jí)；
- 用IGBT管壓降檢測的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)；
二類短路特點(diǎn)：
- 橋臂相間短路或相對(duì)地短路；
- 短路回路中的電感量稍大(uH級(jí)的)；
- 可以使用IGBT管壓降檢測的方式來實(shí)現(xiàn)保護(hù)；也可以使用霍爾傳感器來實(shí)現(xiàn)電流保護(hù)；
3. 測試電路
IGBT的驅(qū)動(dòng)供電電源為+15V/-8V，對(duì)應(yīng)于上圖中的Vdrv_P和Vdrv_N；IGBT開關(guān)頻率
10kHz，驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)通脈寬為10uS，出兩個(gè)脈沖，如下圖所示：
L2、L3、L4、L5、L6、L7、L8為線路上的寄生電感，電感值為假定的參數(shù)，可能不符合每個(gè)產(chǎn)品的實(shí)際參數(shù)；
本仿真通過上管IGBT關(guān)斷，下管發(fā)脈沖的方式來實(shí)現(xiàn)；反過來的測試方式同理，并不詳細(xì)說明了。
4.雙脈沖測試分析
測試用的空芯電感設(shè)置為100uH：
測試第二個(gè)脈沖產(chǎn)生的損耗
開通損耗：741.79uJ
關(guān)段損耗：1.0179mJ
測試上管IGBT體二極管的測試參數(shù)：
反向恢復(fù)電流：1.7876999A，電流比較小，可能是跟我選擇的IGBT管子有關(guān)系。
反向恢復(fù)時(shí)間：61.807229ns
反向恢復(fù)損耗：21.209µJ
IGBT關(guān)斷是承受的最大尖峰電壓為532.042V，這個(gè)電壓值可直接在波形上測試，也可直接用“.meas Vcemax MAX V(C,E)”這條指令計(jì)算出來；仿真完成后用Ctrl+L調(diào)出計(jì)算的值。
母線電壓設(shè)置為450V，IGBT關(guān)段電壓為532.042V，有82.042V的電壓尖峰；這個(gè)電壓尖峰與L2、L3、L4、L5、L6的寄生電感值有關(guān)系，下面通過修改他們的值來進(jìn)行側(cè)面驗(yàn)證：
從上面4組數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，Lbus（L2、L6）的增大對(duì)IGBT關(guān)斷電壓的影響很大，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)要注意正負(fù)母排的連接方式和回路面積，可能的情況下盡量選擇疊層母排的設(shè)計(jì)，減小回路長度；橋臂上的寄生電感（L3、L4、L5）反倒不是影響的主要因素。
5.單脈沖測試分析
修改V6電壓源的脈沖數(shù)量為1，并把空芯電感修改為100nH，仿真波形如下：
Vce電壓跌落一下立馬上升到母線電壓，可以理解為IGBT出現(xiàn)退飽和保護(hù)了；
退飽和現(xiàn)象說明：
發(fā)生一類短路時(shí)，IGBT的電流會(huì)快速上升，當(dāng)電流上升到一定數(shù)值時(shí)（一般為4倍額定電流），IGBT會(huì)發(fā)生退飽和現(xiàn)象，其標(biāo)志是IGBT的電壓會(huì)迅速上升至直流母線電壓。
當(dāng)IGBT退出飽和區(qū)后，IGBT的電流為4倍額定電流（此倍數(shù)與IGBT芯片類型有關(guān)），電壓為母線電壓（外電路的所有電動(dòng)勢(shì)都?jí)涸贗GBT上），IGBT芯片的損耗非常大；根據(jù)規(guī)格書，其最多能耐受10uS的短路狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)器需要在此時(shí)間內(nèi)把IGBT有效關(guān)掉，此時(shí)的關(guān)斷時(shí)完全安全的。
上面這段話源自魏煒的“IGBT保護(hù)問題”
IGBT一類短路測試參數(shù)：
IGBT平均損耗：360.41mJ
V.cemax=529.735V
貼一張其他產(chǎn)品的實(shí)際測試圖，供參考：
6.Cge外接電容的影響
關(guān)于這個(gè)電容的影響和作用，英飛凌和ABB都有相關(guān)的文檔資料說明；主要的作用是實(shí)現(xiàn)開啟過程的di/dt 和dv/dt可以被分開控制，即可以用更小的 RG ，從而實(shí)現(xiàn)了低的開關(guān)損耗、較低的開通di/dt、限制續(xù)流二極管的di/dt；缺點(diǎn)是增加了驅(qū)動(dòng)電流，需要適當(dāng)擴(kuò)大驅(qū)動(dòng)電源的帶載能力。
用LTspice的step指令來模擬多電容參數(shù)的變化和影響。
驅(qū)動(dòng)電流：
Cge變化參數(shù)清單為 4.7n 6.8n 8.2n 10n 15n 18n 22n 27n 33n 39n 47n 56n 68n 82n
100n 220n 330n，一一對(duì)應(yīng)step1-17；ig_p正驅(qū)動(dòng)電流，ig_n負(fù)驅(qū)動(dòng)電流，從上面得出的最大/最小驅(qū)動(dòng)電流值，電容越大需要的驅(qū)動(dòng)電流越大，增加了驅(qū)動(dòng)電源的功率。