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杂散电感对IGBT开关过程的影响
1 简介
IGBT的开关损耗特性研究对IGBT变流器设计具有重要的意义，在有结构紧凑性要求或可靠性要求较高或散热条件特殊的场合，都需要严格按器件损耗特性进行大余量热设计以保证IGBT及IGBT变流器的温升在长期可靠性运行所允许的范围之内。IGBT 是主流中大容量/中高速器件，开关损耗特性研究得到一贯重视。作为典型MOS门极压控器件，其开关损耗主要决定于开关工作电压、电流、温度以及门极驱动情况等因素，系统的结构如主回路杂散电感会影响IGBT的开关特性，进而影响开关损耗，任何对其开关性能的研究都必然建立在实验测试基础之上，并在实际设计中尽量优化以降低变流回路杂散电感。
图1是典型的IGBT 开关特性测试平台工作原理，其基本形式是用IGBT、二极管、电感、直流电源组成斩波器，模拟各种开关工作状态，用于测试，电路如图1(a)。其中DUT 是被测试的带反并联二极管IGBT（Device Under Test），与完全相同的IGBT 组成一个桥臂，再串联以同轴电流传感器（Coaxial Shunt），跨于直流母线与参考电位（地电位）之间。DUT 的对管门极反偏以确�？煽孔瓒�，这使得它仅仅担当一个二极管（D）的角色，用以续流，而电感L跨接在桥臂中点与母线上，作为斩波器的负载。DUT 的门极驱动则受控可调，一般按双脉冲形式组织，如图1(b)所示。在直流母线可用前提下，从t0 时刻开始DUT 被触发导通，直流电压施加于电感L 上，使得其电流从零开始线性上升，到时刻t1，DUT 电流（亦即电感电流）上升到所希望的测试值，关断DUT，可进行关断特性纪录测量。DUT 的阻断维持到t2 时刻，期间电感电流通过对管反并二极管续流，有轻微能量损失在续流二极管以及线圈电阻上，这一时间间隔程度选择必须足够长以满足关断性能测试的最短时间要求，同时又应该尽量短以减少电感电流因续流损耗而下降的幅度。t2 时刻DUT 再次开通，此时可在与t2 时刻类似的电压电流条件下进行器件开通特性测试。第二次导通持续到时刻t3，时间间隔因在满足开通测试稳定前提下尽量短，此后电感电流续流到自然衰减为零。类似电路应该具备母线电压调整功能、器件结温控制功能以及DUT 门极驱动条件调节能力、电压电流数据采集能力等等。几乎所有的器件厂商提供的开关特性数据都是基于以上结构、原理测试获得的。
IGBT的开关损耗特性研究对IGBT变流器设计具有重要的意义，在有结构紧凑性要求或可靠性要求较高或散热条件特殊的场合，都需要严格按器件损耗特性进行大余量热设计以保证IGBT及IGBT变流器的温升在长期可靠性运行所允许的范围之内。IGBT 是主流中大容量/中高速器件，开关损耗特性研究得到一贯重视。作为典型MOS门极压控器件，其开关损耗主要决定于开关工作电压、电流、温度以及门极驱动情况等因素，系统的结构如主回路杂散电感会影响IGBT的开关特性，进而影响开关损耗，任何对其开关性能的研究都必然建立在实验测试基础之上，并在实际设计中尽量优化以降低变流回路杂散电感。
(a) 测试电路原理图
(b) 测试波形原理图
图1 功率开关开关性能测试平台原理图1是典型的IGBT 开关特性测试平台工作原理，其基本形式是用IGBT、二极管、电感、直流电源组成斩波器，模拟各种开关工作状态，用于测试，电路如图1(a)。其中DUT 是被测试的带反并联二极管IGBT（Device Under Test），与完全相同的IGBT 组成一个桥臂，再串联以同轴电流传感器（Coaxial Shunt），跨于直流母线与参考电位（地电位）之间。DUT 的对管门极反偏以确�？煽孔瓒�，这使得它仅仅担当一个二极管（D）的角色，用以续流，而电感L跨接在桥臂中点与母线上，作为斩波器的负载。DUT 的门极驱动则受控可调，一般按双脉冲形式组织，如图1(b)所示。在直流母线可用前提下，从t0 时刻开始DUT 被触发导通，直流电压施加于电感L 上，使得其电流从零开始线性上升，到时刻t1，DUT 电流（亦即电感电流）上升到所希望的测试值，关断DUT，可进行关断特性纪录测量。DUT 的阻断维持到t2 时刻，期间电感电流通过对管反并二极管续流，有轻微能量损失在续流二极管以及线圈电阻上，这一时间间隔程度选择必须足够长以满足关断性能测试的最短时间要求，同时又应该尽量短以减少电感电流因续流损耗而下降的幅度。t2 时刻DUT 再次开通，此时可在与t2 时刻类似的电压电流条件下进行器件开通特性测试。第二次导通持续到时刻t3，时间间隔因在满足开通测试稳定前提下尽量短，此后电感电流续流到自然衰减为零。类似电路应该具备母线电压调整功能、器件结温控制功能以及DUT 门极驱动条件调节能力、电压电流数据采集能力等等。几乎所有的器件厂商提供的开关特性数据都是基于以上结构、原理测试获得的。
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