【導讀】電源設備硬件主功率部分的電路性能直接影響產(chǎn)品品質(zhì)，但開(kāi)發(fā)過(guò)程中，在樣機測試階段才能對其性能進(jìn)行評測。有些公司為保證產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)度，僅采取不得已的補救措施，產(chǎn)品不僅非最優(yōu)設計，甚至會(huì )給產(chǎn)品的質(zhì)量埋下隱患。而我司在產(chǎn)品設計初期就采用IGBT雙脈沖測試，提前對硬件電路設計進(jìn)行多維度測試評估，在保證產(chǎn)品是最優(yōu)設計的基礎上，提高產(chǎn)品開(kāi)發(fā)效率。
什么是雙脈沖測試
圖一：雙脈沖測試平臺電路及理想波形
圖一左圖是雙脈沖測試平臺電路，圖中的IGBT和二極管是我們觀(guān)測的主要對象，通過(guò)示波器來(lái)觀(guān)測雙脈沖電路中的波形數據，這些波形數據有：IGBT的驅動(dòng)電壓Vge、IGBT的集電極和發(fā)射極的電壓Vce、二極管的電壓VF及IGBT集電極電流Ic等。
圖一右圖是雙脈沖測試的理想波形，圖中分別標識了IGBT驅動(dòng)電壓Vge的波形、IGBT的集射極電壓Vce波形與IGBT的集電極電流Ic波形。
IGBT在t0～t3的時(shí)間段里先后開(kāi)通關(guān)斷兩次，因此得名雙脈沖測試。
圖二：雙脈沖測試實(shí)際波形
雙脈沖測試原理詳解
圖三：t0≤t＜t1階段
如圖三所示，在t0時(shí)刻，IGBT在第一個(gè)脈沖驅動(dòng)下開(kāi)通，電感電流流經(jīng)IGBT。此時(shí)電感電流線(xiàn)性上升，電流的表達式為I=Vbus*Δt/L,測試時(shí)可根據實(shí)際的電流需求來(lái)調節電感量和脈沖的導通時(shí)間。
圖四：t1≤t＜t2階段
如圖四所示，在t1時(shí)刻，IGBT關(guān)斷，由于整個(gè)回路的雜散電感以及二極管的瞬態(tài)導通電壓的存在，IGBT的集射極端會(huì )產(chǎn)生一定的電壓尖峰。待IGBT完全關(guān)斷，電感上的電流通過(guò)二極管續流而緩慢下降，若觀(guān)測此刻的電流，需要在二極管續流回路里增加電流探頭。
圖五：t2≤t＜t3階段
如圖五所示，在t2時(shí)刻，IGBT第二次開(kāi)通，此時(shí)由于二極管的反向恢復電流的存在，該電流和電感電流疊加流過(guò)IGBT。通過(guò)此刻疊加電流的觀(guān)測，可以評估二極管的反向恢復特性，還可評估二極管的電壓應力。
在t2＜t＜t3時(shí)間段，IGBT飽和導通，電感電流繼續增大，在實(shí)際雙脈沖測試時(shí)需要控制該脈沖的寬度。
在保證IGBT電壓和電流處在安全工作區內的情況下，逐漸放大脈寬，以測試極限情況下各部分電路和器件的表現。
圖六：t≥t3階段
如圖六所示，在t3時(shí)刻，IGBT第二次關(guān)斷，此時(shí)電感電流達到最大值。
如前所述，由于整個(gè)回路的雜散電感以及二極管的瞬態(tài)導通電壓的存在，IGBT的ce端會(huì )產(chǎn)生一定的電壓尖峰。
待IGBT完全關(guān)斷后電感通過(guò)二極管續流，電流緩慢減小直至零。
雙脈沖測試可以評估哪些方面的問(wèn)題
I型三電平雙脈沖測試
圖七：測試Q1-IGBT和D5二極管
如圖七所示，當I型三電平工作在第一象限時(shí)，測試對象為I型三電平拓撲中Q1和D5，測試時(shí)給Q1發(fā)雙脈沖驅動(dòng)，Q2處于常通狀態(tài)，Q3和Q4處于關(guān)斷狀態(tài)，電感連接在母線(xiàn)的N端和橋臂輸出端，圖中標紅的器件顯示了Q1導通和關(guān)斷時(shí)的電流通路。
圖八：測試Q3管和D1二極管
如圖八所示，當I型三電平工作在第2象限時(shí)，測試對象為I型三電平拓撲中Q3和D1，測試時(shí)給Q3發(fā)雙脈沖驅動(dòng)，Q2處于常通狀態(tài)，Q4處于關(guān)斷狀態(tài)，電感連接在N端和橋臂輸出端，圖中標紅的器件顯示了Q3導通和關(guān)斷時(shí)的電流通路。
同理，通過(guò)改變驅動(dòng)位置和電感的接法，可以測試工作在第三象限和第四象限情況下的另外的IGBT和二極管。
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