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雜散電感對IGBT開(kāi)關(guān)過(guò)程的影響

1 簡(jiǎn)介
IGBT的開(kāi)關(guān)損耗特性研究對IGBT變流器設計具有重要的意義,在有結構緊湊性要求或可靠性要求較高或散熱條件特殊的場(chǎng)合,都需要嚴格按器件損耗特性進(jìn)行大余量熱設計以保證IGBT及IGBT變流器的溫升在長(cháng)期可靠性運行所允許的范圍之內。IGBT 是主流中大容量/中高速器件,開(kāi)關(guān)損耗特性研究得到一貫重視。作為典型MOS門(mén)極壓控器件,其開(kāi)關(guān)損耗主要決定于開(kāi)關(guān)工作電壓、電流、溫度以及門(mén)極驅動(dòng)情況等因素,系統的結構如主回路雜散電感會(huì )影響IGBT的開(kāi)關(guān)特性,進(jìn)而影響開(kāi)關(guān)損耗,任何對其開(kāi)關(guān)性能的研究都必然建立在實(shí)驗測試基礎之上,并在實(shí)際設計中盡量?jì)?yōu)化以降低變流回路雜散電感。
IGBT開(kāi)關(guān)特性測試電路原理圖
(a) 測試電路原理圖
IGBT開(kāi)關(guān)測試波形原理圖
(b) 測試波形原理圖
圖1 功率開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)性能測試平臺原理
圖1是典型的IGBT 開(kāi)關(guān)特性測試平臺工作原理,其基本形式是用IGBT、二極管、電感、直流電源組成斬波器,模擬各種開(kāi)關(guān)工作狀態(tài),用于測試,電路如圖1(a)。其中DUT 是被測試的帶反并聯(lián)二極管IGBT(Device Under Test),與完全相同的IGBT 組成一個(gè)橋臂,再串聯(lián)以同軸電流傳感器(Coaxial Shunt),跨于直流母線(xiàn)與參考電位(地電位)之間。DUT 的對管門(mén)極反偏以確?煽孔钄,這使得它僅僅擔當一個(gè)二極管(D)的角色,用以續流,而電感L跨接在橋臂中點(diǎn)與母線(xiàn)上,作為斬波器的負載。DUT 的門(mén)極驅動(dòng)則受控可調,一般按雙脈沖形式組織,如圖1(b)所示。在直流母線(xiàn)可用前提下,從t0 時(shí)刻開(kāi)始DUT 被觸發(fā)導通,直流電壓施加于電感L 上,使得其電流從零開(kāi)始線(xiàn)性上升,到時(shí)刻t1,DUT 電流(亦即電感電流)上升到所希望的測試值,關(guān)斷DUT,可進(jìn)行關(guān)斷特性紀錄測量。DUT 的阻斷維持到t2 時(shí)刻,期間電感電流通過(guò)對管反并二極管續流,有輕微能量損失在續流二極管以及線(xiàn)圈電阻上,這一時(shí)間間隔程度選擇必須足夠長(cháng)以滿(mǎn)足關(guān)斷性能測試的最短時(shí)間要求,同時(shí)又應該盡量短以減少電感電流因續流損耗而下降的幅度。t2 時(shí)刻DUT 再次開(kāi)通,此時(shí)可在與t2 時(shí)刻類(lèi)似的電壓電流條件下進(jìn)行器件開(kāi)通特性測試。第二次導通持續到時(shí)刻t3,時(shí)間間隔因在滿(mǎn)足開(kāi)通測試穩定前提下盡量短,此后電感電流續流到自然衰減為零。類(lèi)似電路應該具備母線(xiàn)電壓調整功能、器件結溫控制功能以及DUT 門(mén)極驅動(dòng)條件調節能力、電壓電流數據采集能力等等。幾乎所有的器件廠(chǎng)商提供的開(kāi)關(guān)特性數據都是基于以上結構、原理測試獲得的。
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