IGBT雙脈沖實驗

1.1 IGBT雙脈沖實驗目的

1、通過實驗獲取IGBT驅動板及IGBT模塊的主要動態參數，如延時、上升、下降時間、開關損耗等；

2、通過實驗獲得功率組件設計中濾波電容、吸收電容、復合母排等部件的特性；

3、通過實驗取得數據確定組件的開通和關斷電阻、死區時間等參數。

1.2 實驗原理

圖 1 為雙脈沖測試平臺的電路原理圖，上管T1 處于關斷狀態，只有續流二極管工作，通過控制下管T2 的開關動作進行實驗。實驗平臺搭建完成之后，給T2 管門極依次打如如圖2 所示脈沖信號。

圖1 雙脈沖測試平臺電路

圖2 雙脈沖實驗基本波形

雙脈沖實驗工作過程如下：

t0-t1 區間：T2 管導通，直流側電壓加在電感兩端，電感電流線性上升，直至t1 時刻T2 管關斷；

t1-t2 區間：T2 管關斷，電感通過T1 的反并聯二極管續流，電感電流緩慢衰減；

t2-t3 區間：T2 管再次導通，直流側電壓加在電感兩端，電感電流線性上升，直至t3 時刻T2 管再次關斷。

通過觀測T2 管在第二次開關過程中的開通和關斷波形，可以測量獲得開關管的開通和關斷損耗。

由于T2 第二次開通動作中，存在電流由T1 反并聯二極管向T1 轉移的過程，與開關管在變流器正常運行過程工況基本相同，可以利用其獲得續流二極管的反向恢復特性、IGBT 的開通損耗、電壓下降/電流上升時間等信息；T2 第二次關斷過程中，通過觀測T2 上的電壓、電流波形，可以獲得IGBT 的關斷損耗、電壓上升/電流下降時間等信息，并可通過關斷過壓評估復合母排漏感及吸收電容設計的合理性。

1.3 實驗儀器

三相調壓器、整流橋、電容組、負載電感、MPD 功率組件、示波器、高壓差分電壓探頭、電流探頭、可編程信號發生器

1.4 實驗方案

實驗系統參數：

1、直流側電壓：1100V

2、測試電感：500uH

3、實驗電流：300-1800A電感上電流變化率如下所示：di /dt = Udc/ L

可以計算出電流變化率為2.2A/us。實驗過程中為了維持在第二次脈沖中，T2 的電流變化較小，采用第二個脈沖寬度固定為20us 的方式。電感電流的調節主要通過調節第一個脈沖的寬度實現。通過測試實驗臺中DSP 控制板產生可變寬度的兩次脈沖。

通過以上的分析，雙脈沖實驗的重點關注第二次脈沖時T2 的開通和關斷過程：

1、IGBT 開通過程重點關注內容：

1）二極管的反向恢復電流的di/dt；

2）二極管的反向恢復電流的峰值；

3）反向恢復后電流是否有震蕩，拖尾多長；

4）利用電壓和電流波形計算IGBT 開通損耗及二極管的反向關斷損耗；

5）利用Us 和IGBT 開通時di/dt，計算雜散電感Ls。

6）依據驅動板延時、IGBT 開通延時等信息確定死區時間和開通電阻。

Us 與di/dt 的讀法參考下圖所示：

圖3 IGBT 開通過程的參數測量

2、IGBT 關斷過程重點關注內容：

1）觀測Vce 的電壓尖峰，評估IGBT 在關斷時的安全程度及吸收電容的合理選擇；

2）IGBT 的關斷損耗；

3）依據驅動板延時、IGBT 關斷延時等信息確定死區時間和關斷電阻。